เช้าวันหนึ่ง เกนไน อาโอะ นักเรียนมัธยมปลายได้รับพัสดุลึกลับ ข้างในเธอพบแบบจำลองเด็กผู้หญิงขนาด 15 ซม. ที่ติดตั้งอาวุธที่เรียกว่า Frame Arms Girl โมเดลนี้มีชื่อว่า Gourai และเธอแตกต่างจาก Frame Arms Girls คนอื่นๆ เนื่องจากเธอเป็นโมเดลต้นแบบที่ใช้ระบบ AS ระบบนี้ซับซ้อนกว่าปัญญาประดิษฐ์ทั่วไป Gourai สามารถเปิดใช้งานได้โดย Ao เท่านั้น ซึ่งทำให้ทั้ง Gourai และ Ao เรียนรู้ที่จะต่อสู้และเชี่ยวชาญระบบต่างๆ ทั้งสองยังได้สัมผัสกับอารมณ์ที่หลากหลายเมื่อได้พบกับเพื่อนที่มีภูมิหลังต่างกัน นำไปสู่การเดินทางที่สนุกสนานและสนุกสนาน