Les Diclonius, des Homo sapiens mutants qui seraient les élus de Dieu et qui finiraient par causer la destruction de l'humanité, possèdent deux cornes sur la tête et 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 captivité 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 après être tombée 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 éteint…