故事发生在名为恩典农场的孤儿院内，在这里生活着很多失去了亲人，无家可归的孩子们，他们共有36人，每天，在劳作和玩耍之余，孩子们还要进行学习和测验，其中，佼佼者是名为艾玛（诸星堇 配音）的女孩和名为诺曼（内田真礼 配音）的男孩。负责管理和看护这些孩子们的女性名叫伊莎贝拉（甲斐田裕子 配音），孩子们喜欢喊她“妈妈”。每过一段时间，都会有一个孩子被收养离开农场，生活在这里的孩子们都将此作为自己的人生目标。
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炼金术，一种建立在等价交换原则基础上的科学，将物质进行理解、分解、再构造，将一种物品变成另外一种。但是，这样先进的技术却不能进行人体炼成，这是炼金术绝对的禁忌。可是，拥有极高炼金术天赋的爱德华（朴璐美 配音）和阿尔冯斯（钉宫理恵 配音）兄弟，因为对母亲极大的思念不惜触犯禁忌。而最终的代价却是，爱德华失去了一条手臂和一条腿，弟弟阿尔冯斯只能将灵魂依附在一副巨大的装甲之内。终于明白一切的兄弟俩，为了恢复原状，寻求更多的炼金术知识，成为国家炼金术师踏上了寻找终极炼金物品——贤者之石的旅程。在不断的探索中，两兄弟终于发现了贤者之石背后的真相，对身处的这个军事化国家也有了更深入的了解。此时，面对国家、民族、家庭……炼金术的未来究竟在何处。
天河优人（平川大辅 配音）是个独自生活孤苦伶仃的内向少年，对于生活，优人只希望能够平平安安的度过余生就好。可是事与愿违，在其16岁生日的那一天，一个名叫野井原绯鞠（小清水亚美 配音）的黑发女孩子出现在了他的面前，同时，亦有形状可怖的怪物对优人发起了攻击。
飞弹伤无（赤羽根健治 配音）表面看来是一个非常平凡的男孩子，在姐姐飞弹怜悧（衣川里佳 配音）的安排下，他进入了战略防卫学园阿塔拉克西亚学习，这里生活的女孩们都拥有着各自的魔导装甲，希望能够通过学习如何操纵它们来成为一名合格的战士。实际上，飞弹伤无拥有着一项特殊能力，那就是通过触摸女孩们的身体来增加她们的装甲的威力。外冷内热嘴硬心软的千鸟渊爱音（影山灯 配音）、热情奔放身材傲人的优莉西亚（赤崎千夏 配音）、风纪委员姬川映流（长妻树里 配音），在学园里，飞弹伤无很快就交到了朋友。
