Das Jahr 2015 - Ayato Kamina lebt mit seinen 17 Jahren in Tokyo. Schule wie auch sonstiges alltägliches Leben gehen ihren gewohnten Lauf. Was etwas kurios anmutet, da Tokyo die letzte Zivilisation auf Erden darstellt. Das gesamte andere Leben auf der Welt wurde vor 3 Jahren von mysteriösen außerirdischen Eindringlingen, die sich "MU" nannten, ausgelöscht.

Doch scheint dieses drastische Ereignis keinen heutzutage mehr groß zu bewegen. Es scheint als wolle man die Vergangenheit vergessen.
So hat Ayato auch nur noch schwache Erinnerungen an ein Mädchen im gelben Kleid, dass er anscheinend einmal gekannt haben muss, doch ihm nun nur in Form verschleierter Träume im Gedächtnis bleibt. So versucht er das Bild von ihr auf Leinwand einzufangen, doch bleibt ihr Gesicht im Dunklen.

Die Welt in der Ayato nun lebt ist jedoch nicht die einzige Wahrheit. Es gibt Menschen außerhalb Tokyos. 6 Milliarden um genau zu sein, doch trennt sie von ihresgleichen nicht nur Raum sondern auch Zeit. Vom Weltraum aus betrachtet nämlich umhüllt Tokyo eine riesige Sphere, die aussieht wie die Oberfläche von Jupiter, was dem Gebilde sinnigerweise den Namen "Tokyo Jupiter" einbrachte.
Wahr ist, dass die "MU" auf die Erde kamen, sich allerdings alle in diese von ihnen erschaffene Sphäre zusammen mit den Einwohnern Tokyos verschanzten. In dieser vergeht allerdings die Zeit langsamer als in der Außenwelt, so sind in den 3 Jahren, außerhalb "Tokyo Jupiters" und somit der restlichen Welt ganze 12 Jahre verstrichen.

Diese waren jedoch nicht friedlich, denn immer wieder schickten die "MU" ihre mächtigen Waffen, die "Dolems", in die Welt, die bisher zwar abgewehrt werden konnten, doch auch große Zerstörungen anrichteten. 
Die Menscheit gründete in dieser Zeit eine eigene Organisation namens "Terra", auf der nun die Verantwortung der Weiterexistenz der Menschheit lastet.

Von alledem nichtsahnend wird Ayato eines Tages damit konfrontiert, als er gerade mit Schulfreunden in der U-Bahn ist und die Stadt angegriffen wird. In dem darauf folgendem Chaos fordern zwei bewaffnete Sicherheitsleute ihn auf sie zu begleiten. Doch werden sie von einer plötzlich auftauchenden Frau namens Reika Mishima niedergestreckt. Dabei stellte Ayato zu seinem Entsetzen fest, dass deren Blut blau ist. 

Über Umwege gelangt er mit Reika und RahXephon, einem riesigen fremdartigen Mecha, den er erwecken und somit auch steuern konnte, in die Außenwelt, wo er sich zunächst dem Kampf gegen die Dolems anschließt. Doch wird er in der Außenwelt trotz seines Engagements weniger als Helfer in der Not, sondern vielmehr als ständige Bedrohung angesehen, und Ayato fühlt sich deshalb zu niemandem richtig zugehörig, denn sogar seine eigene Mutter, die er in Tokyo Jupiter zurückließ, nicht allerdings ohne vorher zu entdecken, dass ihr Blut ebenfalls Blau ist, scheint einiges vor ihm verborgen zu haben. Und auch die Menschen der Außenwelt scheinen alle ihre eigenen Ziele mit seiner Hilfe zu verfolgen.
Diesen neuen Tatsachen muss sich Ayato nun stellen. Dabei quält ihn auch weiterhin die Frage, wer das Mädchen in seinem Traum ist und welches Schicksal seinen engsten Freunden, vor allem Hiroko Asahina zuteil wurde, die er in "Tokyo Jupiter" zurücklassen musste. Quon Kisaragi, ein mysteriöses Mädchen, scheint dabei ein wesentlicher Schlüssel zu seinen Fragen zu sein.