源内苍（日笠阳子 配音）是一名十分平凡的高中一年级女生，一天，她收到了一个神秘的包裹，拆开了包装，出现在小苍面前的，是名叫“Frame Arms Girl”的小型机器人轰雷（佳穗成美 配音）。轰雷可不是一般的机器人，她拥有着自我的意识，能够通过学习人类的感情与战斗方式而不断地自我进化，就这样，小苍和轰雷的同居生活拉开了帷幕。
除了轰雷外，还存在着别的机甲少女。个性十分傲娇的短剑（绫濑有 配音）、性格单纯但拥有着广袤的知识的闪燕（长江里加 配音）、行事大大咧咧但充满了正义感的迅雷（桦山南 配音）、没有一丝感情沉默寡言的骨姬（山村响 配音），在轰雷之后，她们接二连三的出现在了小苍的身边。
茶风林 千叶一伸 百百麻子 江川央生 深见梨加 林原惠美 井上和彦 岩居由希子 神谷明 加濑康之 小池亚希子 松井菜樱子 森川智之 长嶝高士 中田浩二 绪方贤一 大原沙耶香 大谷育江 斋贺光希 盐泽兼人 高木涉 高岛雅罗 高山南 山口胜平 山崎和佳奈 山野井仁 汤屋敦子