恋人と甘い一時を過ごす休暇中の草薙素子の元に、仲間となったバトーから爆弾テロの急報が届く。その現場を制圧すると主犯のカルディス人の胸にはテロリスト「スクラサス」のシンボルが刻まれていた。 それと同じ頃、山の手のダムで起きた爆発でひとりの刑事が死亡した。その所持品には“人魚の脚（MERMAID'S LEG）”と記された義体技師の名刺と義体の脚部が遺されていた。それを手懸りに死んだ刑事の後輩であるトグサが捜査を開始する。

世界大戦後の廃墟で生き延びていた女性兵士デュナンは、人類への奉仕者として肉体・感情を制御されたクローン人間バイオロイドの管理する理想都市オリュンポスに連行され、そこで全身サイボーグ化していた恋人ブリアレオスと再会する。彼の所属する元老院ESWATの一員となったデュナンは、やがてバイオロイドの開発とオリュンポス計画に自分の両親が関わっていた事実を知り、自身もバイオロイドの軛を解き放つ鍵「アップルシード」をめぐる陰謀に巻き込まれていく。

21世紀、バイオテクノロジーとロボット産業の急速な発展により人類の寿命は飛躍的に延び、日本は世界の市場を独占し大きくリードした。しかし、同時に様々な危険性も浮かび上がったため、国際連合はこれらの技術に対して厳格な規制をかけようと動き出す。しかし日本はそれに従うことなく、2067年にハイテク技術を駆使し鎖国状態に突入。外国人は日本に入国できなくなり、その情勢を外から窺い知ることはできなくなった。