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。

近未来、「アヴァロン」という名のオンラインゲームが若者の間で熱狂的な支持を得ていた。プレイヤー達は、専用端末を介して仮想現実空間に接続し、単独またはパーティを組んで戦う。ゲーム中でミッションをクリアすることで現実世界で使える報酬を得ることが出来るがゲームから抜け出せない廃人「未帰還者」となることもあるため非合法とされていた。

舞台は最終戦争後の、暴力と疫病が支配するアメリカ。戦士ギブソン（ジャン＝クロード・ヴァン・ダム）は、疫病の治療法を記憶させたチップを埋め込んだ女サイボーグ、パール（デイル・ハドン）の護衛を頼まれることに。しかし彼女は、世界支配をもくろむフェンダー一味にさらわれてしまう。そしてフェンダーこそは、ギブソンの恋人を虐殺した憎き敵でもあった…。