Ao Gennai adalah seorang siswa sekolah menengah pertama yang biasa-biasa saja-hingga suatu hari sebuah paket misterius dikirimkan ke rumahnya. Di dalamnya ia menemukan Gourai, robot humanoid kecil yang mampu bergerak dan bertempur yang dikenal sebagai Frame Arms Girl. Gourai adalah yang pertama dari jenisnya, memiliki AI yang sangat canggih yang memungkinkannya untuk membentuk kepribadian, belajar, dan berkembang, seperti halnya pikiran manusia.

Setelah aktivasi Gourai, Ao langsung terjun ke dunia Frame Arms Girls karena semakin banyak robot cerdas yang dikirim langsung ke pintu depannya. Dengan insentif uang tunai yang cukup besar yang mendorongnya untuk maju, Ao berkomitmen untuk mengumpulkan sebanyak mungkin data tentang Frame Arms Girls dan pertarungan mereka, sambil mempelajari apa artinya menjadi manusia.