在并不遥远的未来世界，人类文明高度发达，一种被称作“武装神姬”的迷你机器人得到开发。她们全部为女性形象，身长为15cm左右，对于其所认定的主人，神姬们忠诚热情，为了主人、荣誉感或者仅仅一时的冲动，这些小人儿便可迅速变换出装备精良的铠甲投入战斗之中。某天，此前一直在海外生活的高中生理人，带着三名武装神姬回到祖国日本。她们分别是温柔体贴的安（阿澄佳奈 配音）、莽撞直爽的埃涅丝（水桥香织 配音）和有着些许迷糊性格的蕾奈（中岛爱 配音）。当然，平淡无奇的青春校园生活似乎与神姬们超精良的装备不大搭调，她们最主要的工作还是无微不至地照顾理人的日常起居，有趣的故事伴随着缓缓流淌的时光交替上演…… 　

某日早晨，普通的女子高校生源内碧收到一个神秘包裹。 打开后发现里面放了名为FRAME ARMS GIRL的完全自律型小型机器人『轰雷』。 是玩具!还是塑胶拼装模型! 但是轰雷不仅仅是FRAME ARMS GIRL。 而是搭载了在通常的人工智能以上，拥有高度人格的人工自我——AS（Artificial Self）的最新型试作机。 而且能启动轰雷的世界上仅有碧一人! 收集战斗数据并逐渐学会感情表达的「FRAME ARMS GIRL・轰雷」。 对FRAME ARMS GIRL的知识为0的「少女・碧」。 少女与FRAME ARMS GIRL奇妙又快乐，吵闹又温馨的日常开始了!