Ao Gennai é uma estudante normal do primeiro ano do ensino médio - isto é, até que um dia um pacote misterioso é entregue em sua casa. Lá dentro ela encontra Gourai, um minúsculo robô humanóide capaz de movimento e combate conhecido como Frame Arms Girl. Gourai é a primeira de sua espécie, possuindo uma IA extremamente avançada que lhe permite formar uma personalidade, aprender e crescer, assim como a mente humana. Após a ativação de Gourai, Ao é lançado de cabeça no mundo de Frame Arms Girls à medida que mais e mais robôs inteligentes são entregues diretamente em sua porta. Com um grande incentivo em dinheiro para empurrá-la para frente, Ao está empenhada em coletar o máximo possível de dados sobre as Frame Arms Girls e seu combate, enquanto elas aprendem o que significa ser humano.