La historia comienza con una joven, llamada Lucy, escapando de unas instalaciones de investigación en una isla cercana a la costa de Kamakura en la prefectura de Kanagawa de Japón. Desarmada y desnuda, a excepción de un casco integral de metal que le cubre la cabeza y oculta sus rasgos, Lucy consigue salir del recinto tras desmembrar y asesinar a varios guardias y empleados utilizando, aparentemente, una especie de poderes sobrenaturales. Momentos antes de escapar, un francotirador le dispara a la cabeza con un rifle antitanque del calibre 50, partiendo el casco, provocándole una herida leve y descubriendo dos protuberancias óseas, como pequeños cuernos, saliendo de su cabeza; tras esto, Lucy se despeña inconsciente por un acantilado y cae al mar.
Lucy no es un ser humano normal, sino una
diclonius, una mutación humana con dos pequeños cuernos en su cabeza parecidos a las orejas de un gato. Los diclonius tienen una percepción extrasensorial que les permite sentir la presencia de otros diclonius. También parecen tener poderes telequinéticos, aunque en realidad se trate de sus
vectores, largos brazos invisibles capaces de vibrar a una frecuencia tal que llegan a cortar materiales muy duros como el metal o la piedra. Los diclonius pueden reproducirse de la forma convencional o infectando a un humano al insertar dichos vectores en su cuerpo. Los futuros hijos de esa persona serán diclonius, de una variante llamada
silpelit; a diferencia de los diclonius normales, los silpelits crecen el doble de rápido que los humanos y son estériles en el sentido convencional, pudiendo reproducirse sólo a través de sus vectores.
Al día siguiente de la fuga de Lucy, un joven llamado Kouta se traslada a Kamakura para comenzar sus estudios en la universidad. Es recibido por Yuka, su prima, que le permite alojarse en una vieja y abandonada posada (ryokan, en japonés) de la familia a cambio de que la mantenga limpia y cuidada. El pasado de ambos está ensombrecido por las trágicas muertes del padre y la hermana de Kouta, cuando eran niños, aunque Kouta no parece recordar las circunstancias exactas del suceso.
Kouta y Yuka pasean esa tarde por la playa, donde encuentran a Lucy. A causa del impacto en la cabeza, Lucy desarrolla una doble personalidad; a diferencia de la sádica e impasible Lucy, dicha nueva personalidad es dócil, inofensiva e incapaz de decir otra cosa que
Nyu (motivo por el que Kouta y Yuka deciden llamarla así). Sin saber qué hacer con ella y a pesar de los extraños cuernos de su cabeza, la llevan a la posada para curarle la herida y cuidarla. Así, los tres empiezan a vivir juntos mientras los responsables de los laboratorios donde Lucy estaba retenida comienzan a buscarla. Pronto, los jóvenes descubrirán que su pasado está íntimamente relacionado.
Lucy
Lucy es una joven diclonius de unos 18 años que fue abandonada en un orfanato al nacer. En sus primeros años de vida no manifestó la tendencia homicida propia de su raza aunque, tras verse sometida a varios sucesos traumáticos, acabó desatando sus instintos asesinos. Fue capturada y encerrada en unas instalaciones de investigación cercanas a la costa de Kamakura. Se volvió sádica y cruel, mostrando un completo desprecio hacia los humanos por el trato que recibió en su niñez. Al cabo de varios años logra escapar de las instalaciones pero durante la fuga es herida en la cabeza desarrollando una doble personalidad, Nyu. Al contrario que Lucy, Nyu es una joven inocente y dulce, inofensiva e incapaz siquiera de hablar. Kouta y Yuka la encuentran y deciden acogerla. El cambio en la personalidad dominante se produce al ser atacada, sustituyendo Lucy a Nyu, o al sentir la presencia de Kouta, reemplazando Nyu a Lucy.
Kouta
Kouta es un joven de 18 años que se traslada a Kamakura para comenzar sus estudios en la universidad. Se le permite quedarse en una vieja posada de la familia a cambio de que la mantenga limpia y cuidada. Kouta tiene un pasado traumático pues su padre y su hermana fueron asesinados en su presencia cuando era un niño; como mecanismo de defensa, ha reprimido sus recuerdos convenciéndose a sí mismo de que su padre murió en un accidente de tráfico y su hermana de una enfermedad. Debido, en parte, a su pérdida, se ha convertido en un chico amable y protector con las chicas que conoce.
Yuka
Yuka es la prima de Kouta. Tiene su misma edad y ha planeado estudiar con él en la misma universidad. Se traslada a la posada cuando aparece Nyu para evitar que esté con Kouta a solas, pues desde niña ha estado enamorada de él.
[3] Sus sentimientos hacia Nyu se debaten entre el cariño que le despierta y los celos por su relación con Kouta.
Mayu
Mayu es una niña de 13 años que ha huido de su casa por los abusos a los que se ve sometida por su padrastro y la indiferencia de su madre. Vive en la playa con un cachorro que encontró, al que llama Wanta. Ambos comen las sobras que mendiga en una panadería de la ciudad. Conoce a Kouta, Yuka y Nyu al ir a su posada para devolverles un paraguas que se dejan en la playa. Finalmente, la adoptan y establece una profunda relación de amistad con Nana.
Nana
Nana, también conocida como
Número 7 (en japonés,
nana significa siete), es una joven silpelit de unos 12 a 14 años en apariencia pero sólo 6 en realidad. Desde su nacimiento fue recluida en los laboratorios de investigación de Kakuzawa para llevar a cabo experimentos de fuerza y resistencia física cercanos a la tortura. A diferencia de otros diclonius, Nana no ha desarrollado un carácter homicida y sádico sino que suele ser pacífica y dulce debido, en gran medida, al cariño que le ha otorgado el director Kurama, al que considera su padre. Tras la fuga de Lucy, es enviada en su búsqueda por la capacidad de los diclonius de detectarse entre sí.