源内苍（日笠阳子 配音）只是一个平凡的高一女生。某天，她收到了一件神秘包裹，打开后，眼前出现了名为“Frame Arms Girl”的小型机器人轰雷（佳穗成美 配音）。轰雷并非普通的机器人，她拥有独立意识，能够通过学习人类的情感和战斗方式不断自我进化。就这样，小苍与轰雷的同居生活由此开始。
除了轰雷之外，世上还存在着其他机甲少女。性格傲娇的短剑（绫濑有 配音）、单纯却拥有渊博知识的闪燕（长江里加 配音）、行事豪爽且富有正义感的迅雷（桦山南 配音），以及缺乏感情、沉默寡言的骨姬（山村响 配音），也在轰雷之后陆续出现在小苍身边。
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