Les Diclonius, des Homo sapiens mutants qui seraient choisis par Dieu et destinés à causer la perte de l'humanité, sont dotés de deux cornes sur la tête et d'un « sixième sens » qui leur confère des pouvoirs télékinétiques. En raison de ce pouvoir dangereux, ils ont été capturés et isolés dans des laboratoires par le gouvernement. Lucy, une jeune Diclonius psychotique, parvient à s'échapper de sa prison et assassine brutalement la plupart des gardes du laboratoire où elle est détenue, avant d'être touchée à la tête alors qu'elle tente de s'enfuir. Elle survit, tombant d'une falaise dans l'océan, et dérive jusqu'à une plage où deux adolescents, Kouta et Yuka, la découvrent. Ayant perdu la mémoire, elle est baptisée d'après le seul mot qu'elle est désormais capable de prononcer, « Nyuu », et les deux jeunes gens l'accueillent chez Kouta. Cependant, il semble que le côté psychotique de Lucy ne soit pas encore tout à fait mort…