후지요키다이 고등학교 1학년인 아사나카 요모기는 어느 날 자신을 괴수술사라고 칭하는 수수께끼의 남자 가우마와 만나게 된다. 돌연 나타난 괴수와 거대로봇 다이나제논. 마침 현장에 있었던 미나미 유메, 야마나카 코요미, 아스카가와 치세도 함께 괴수와의 싸움에 휘말리게 되었는데...

츠츠지다이에 사는 고등학교 1학년 히비키 유타는, 어느 날 눈을 뜨고 자신이 기억상실에 걸렸음을 깨닫는다. 뭔가 어긋난 듯한 기분 속에서 유타는 낡은 PC에 비치는 하이퍼 에이전트, '그리드맨'과 만난다. 사명을 다하라는 그리드맨의 말을 들은 유타는 갑작스런 일에 당황하면서도, 그 말의 의미를 고민하며 같은 반 친구인 우츠미 쇼, 타카라다 릿카, 신죠 아카네의 도움을 받아 하루하루를 보낸다. 하지만 그 평온한 날들은, 갑자기 나타난 괴수에 의해 너무나도 간단히 짓밟혔다.

어느 날, 평범한 여고생 아오의 집에 ‘프레임 암즈 걸’이라는 자동 소형 로봇 ‘고우라이’가 들어있는 소포가 배달된다. 프레임 암즈 걸은 인공지능을 넘어선 인공 자아를 가진 정밀 로봇으로, 세계적으로 기동에 성공한 사례가 없던 고우라이를 깨우는 데 어째선지 성공한 아오. 배틀 데이터를 수집하며 감정을 배우는 프레임 암즈 걸 ‘고우라이’와 프레임 암즈 걸에 대한 지식이 전무한 소녀 아오, 그들의 기묘하고 즐거운 일상이 시작된다!