Une dizaine d'années a passé depuis l'explosion appelée Double X, qui s'est produite à la Porte du Paradis, le centre de recherches des ruines d'Uruk au Proche-Orient. Double X, la pire catastrophe de l'histoire de l'humanité. Suite à une anomalie du magnétisme terrestre, le ciel est désormais recouvert d'un miroir, le "ciel-abri". Les appareils électroniques, à commencer par les ordinateurs, sont devenus inutilisables. La civilisation de l'information s'est effondrée. Tatsuya et Kiyoko, les enfants du Dr Terumichi Madoka, le responsable de Double X, ont hérité des dettes colossales laissées par leur mère et leur vie se résume à fuir leurs créanciers. Alors qu'ils s'abritaient de la pluie dans un manoir, Tatsuya et Kiyoko rencontrent trois étranges jeunes garçons. L'un d'eux leur demande: "Ne voulez-vous pas devenir nos camarades afin de combattre les démons qui s'étendent sur terre ?". C'est alors que trois mystérieux adolescents s'approchent du manoir...

Tatsuya et Kiyoko se sont abrité de la pluie dans un manoir, où ils ont fait la rencontre de trois jeunes étranges garçons. Mais ces derniers ne tardent pas à sortir et à engager un âpre combat avec trois autres mystérieux adolescents. Alors qu'ils tentent de fuir, Tatsuya et Kiyoko voient les jeunes garçons se transformer en monstres. Ils perdent connaissance. A leur réveil, ils sont emmenés en voiture par les trois mystérieux adolescents auprès d'une femme, la richissime comtesse Werdenberg. Elle leur propose de rester dîner. Dans un premier temps réticents, Tatsuya et Kiyoko acceptent. Non loin de là, les trois jeunes garçons du manoir sont rejoints par une fille. Il est question de "récupérer", dès cette nuit, Tatsuya et Kiyoko...

Tatsuya et Kiyoko sont invités à dîner chez la comtesse Werdenberg, qui semble déjà les connaître. En effet, elle sait qu'ils sont les enfants du responsable de Double X, Terumichi Madoka, qui s'est renommé "Enkidu". Elle leur apprend que les jeunes garçons qu'ils ont croisés dans le manoir sont des Gilgamesh, dont Enkidu se servirait pour mener le monde à sa perte. Les trois mystérieux adolescents, Isamu Fujisaki, Fûko Mimuro et Tôru Tsukioka sont des ORGA un groupe de gens dotés de super pouvoirs, le "Dynamis". C'est lorsqu'elle demande à Tatsuya et Kiyoko de l'aider à combattre les Gilgamesh que ces derniers les attaquent. Ils sont finalement repoussés. Alors que Tatsuya et Kiyoko quittent la comtesse après avoir refusé son offre, leurs créanciers les retrouvent. La comtesse décide de payer leurs dettes. Tatsuya et Kiyoko sont contraints de la suivre...

La comtesse Werdenberg a pris en charge les dette de Tatsuya et Kiyoko et les a intégrés aux ORGA. Ainsi, ils commencent à vivre avec Isamu, Fûko et Tôru à l'hôtel Providence, qui leur sert de base. Tatsuya et Kiyoko apprennent que la comtesse est une veuve richissime et se demandent pourquoi elle compte sur eux pour combattre Gilgamesh. Grâce à une aile qu'ils ont arrachée à un Gilgamesh, la comtesse et les ORGA découvrent qu'ils sont constitués d'antimatière, qui les rend très puissants. La nuit suivante, l'aile se réveille d'elle même et, lorsqu'elle est sur le point d'attaquer Tatsuya, ce dernier la pulvérise avec son Dynamis, qui vient de se réveiller...

Tatsuya, contrairement à sa sœur Kiyoko, semble avoir un potentiel de Dynamis très élevé, qu'il va commencer à développer aux côté des ORGA. Kiyoko se sent mise à l'écart et ne trouve refuge que dans le piano de l'hôtel Providence. Les Gilgamesh tentent une nouvelle offensive et parviennent cette fois à enlever Kiyoko seule...

Les Gilgamesh, qui sont parvenus à enlever Kiyoko, lui demandent de rejoindre son père, Enkidu, dans sa quête de restauration de la paix et de l'ordre dans l'univers. Kiyoko refuse catégoriquement et les Gilgamesh lui promettent de ne plus s'en prendre à elle, pour peu qu'elle ne se mette pas en travers de leur route. Tatsuya, Isamu, Fûko et Tôru parviennent à retrouver Kiyoko. Les trois jeunes ORGA vont alors affronter les Gilgamesh et tuer l'un d'eux...

Les relations se tendent entre Kiyoko, revenue à l'hôtel Providence, et la comtesse, qui se demande si elle n'a pas cherché à contacter les Gilgamesh de son propre chef. Kiyoko apprend aussi que la comtesse connaissait son père, Enkidu, mais aussi sa mère, morte alcoolique et surendettée. Tatsuya continue de développer peu à peu le "Dynamis" qui était enfoui en lui. Kiyoko, qui ne souhaitait rien d'autre qu'une vie et un bonheur normaux commence à ressentir de la haine pour ce que son frère est en train de devenir, pour la comtesse qui veille sur lui et les ORGA. Le lendemain d'une dispute avec Tatsuya, Kiyoko prend la fuite...

Kiyoko, qui s'était enfuie, ne tarde pas à être retrouvée et ramenée à l'hôtel, où on l'enferme. Elle engage alors une discussion à couteaux tirés avec la comtesse, qu'elle met en garde de ne pas toucher son frère Tatsuya. Elle la soupçonne de sentiments ambigus vis-à-vis de lui. La comtesse, outrée par ces insinuations, ne tardera pourtant pas à embrasser Tatsuya, en qui elle reconnaît les traits de son père: Terumichi Madoka. Kiyoko et la comtesse décident d'un commun accord de se séparer. Kiyoko quitte alors l'hôtel pour commencer le métier d'accordeur de piano et s'apprête à passer sa vie à rembourser ses dette vis-à-vis de la comtesse. Tatsuya, quant à lui, reste...

Enuma, une ancienne scientifique de la Porte du Paradis et camarade de la comtesse Werdenberg, poursuit un projet titanesque, nommé Turangalîla, pour le compte de la société Mittlight. Ce gigantesque sceptre doit percer le ciel-abri et rétablir le ciel bleu d'origine sur un périmètre d'une vingtaine de kilomètres. Néanmoins, les Gilgamesh contrarient ces projets en attaquant sans cesse les convois de matériels de Mittlight. La comtesse propose à Enuma son aide et celle des ORGA. C'est à ce moment que les Gilgamesh passent à l'attaque. Tatsuya va les affronter pour la première fois...

Novem et Tatsuya sont face à face. Le Gilgamesh essaie de déstabiliser Tasuya et de le ramener à sa cause, en vain. Un nouveau Gilgamesh, Duo, fait son apparition et écrase Tatsuya avant que ses amis n'arrivent. Sentant une force hors du commun, Novem et Duo quittent le lieu du combat... Au retour, Tôru se rappelle de la photo dans la chambre du docteur Enuma. Dessus, se trouvaient la Comtesse jeune et le père de Tatsuya, Terumichi Madoka...

Isamu, Fûko, Tôru et Tatsuya découvrent pour la première fois que la comtesse était une personne de Heaven's Gate. Ils décident d'un plan pour s'infiltrer au siège de Mitlight et chercher par eux-mêmes des informations sur le XX. Alors qu'il examinent un grand nombre de dossiers, des robots gardes apparaissent soudainement et les attaquent !

Tatsuya se prépare: il va enfin revoir Kiyoko. Ils se retrouvent au parc d'attractions. Depuis, Kiyoko travaille dans une usine de pianos et Tatsuya a perfectionné encore plus son Dynamis. Kiyoko se rend compte que son frère le dégoute de plus en plus en tant qu'utilisateur de Dynamis. L'atmosphère est lourde... Le soir, elle quitte Tatsuya devant l'usine de pianos et, jetant un dernier regard à son frère, se dirige vers le quartier des plaisirs...

Tatsuya rencontre Reiko, la fille adoptive de Toranosuke Yûki, le fondateur de la société Mitlight, et Hayato Kazamatsuri, qui projettent d'anéantir les Gilgamesh. La Comtesse connaît le passé de Toranosuke Yûki et la présence de Reiko et de Kazamatsuri au côté du vieux Yûki ne la met pas à l'aise. Kazamatsuri dévoile à Isamu que la Comtesse leur cache bien des choses et qu'il connaît le secret des Orga. Mais la sonnette d'alarme retentit: des Gilgamesh se sont introduits dans la résidence et s'en prennent à Yûki ! Kazamatsuri fait intervenir son armée secrète, Burattaria.

Les travaux de Turangaria sont terminés. Afin de se défendre contre les Gilgamesh, la tour est équipée dans le but de rendre le Dynamis inopérant. Tatsuya et les autres Orga essaient de s'introduire dans la tour pour y trouver des réponses à leurs questions, mais sans leur Dynamis, leur combat contre les robots gardes tourne mal. Ils sont tous capturés. Soudain, un bruit sourd retentit: les réacteurs ronflent et petit à petit, le ciel change pour laisser bientôt apparaître un coloris bleu.

Pour les enfants n'ayant pas connus le monde d'avant XX, ce ciel bleu est quelque chose d'effrayant. Suite à cette expérience réussie, Core Settlement est en proie au désordre. Profitant de cette occasion, les Gilgamesh organisent une offensive groupée mais luttent péniblement contre les robots gardes et les Orga. C'est alors qu'une lumière mystérieuse descend du ciel, traverse le corps de Tatsuya pour aller insuffler une nouvelle énergie aux Gilgamesh. Ayant retrouvé toute leur force, ces derniers poursuivent leur chemin et l'un d'eux parvient devant les réacteurs de la tour...

Après la destruction de Turangaria, Core Settlement est en flammes. Tatsuya et les autres Orga viennent au secours des gens mais l'armée Burattaria, dirigée par Kazamatsuri, réprime les Gilgamesh en fuite sans faire attention aux civils. Kiyoko sauve Novem, grièvement blessé lors de sa tentative de fuite. Alors que Tatsuya et ses amis se retrouvent sous les décombres de la tour effondrée, Reiko fait son apparition.

L'hôtel Providence accueille pour un temps un grand nombre de blessés. Kiyoko soigne les blessures de Novem, son cœur est troublé. Tous les deux se réfugient dans le manoir où ils se sont rencontrés la première fois et dévoilent mutuellement leurs sentiments. Pendant ce temps, l'hôtel Providence se retrouve à nouveau baigné dans l'agressivité...

Apprenant le véritable sens des attaques de Kazamatsuri, Tatsuya demande des réponses à la Comtesse, en vain. Le cœur blessé, Tatsuya se rend à l'appartement de sa sœur mais il y trouve des Gilgamesh. Mais Burattaria attaque à nouveau, faisant fuir l'ennemi vers le ciel. Pendant un instant, se croisent les regards de Novem et Kiyoko... N'ayant plus d'endroit où vivre, Kiyoko retourne à l'hôtel Providence.

Tatsuya soigne les blessures de son cœur en passant du temps avec Kiyoko. Isamu et les autres essaient de questionner Kazamatsuri sur la vérité concernant les Orga, vérité que la Comtesse ne semble pas vouloir divulguer. Ils apprennent alors de la bouche de Kazamatsuri le véritable sens des Orga et découvrent leur enfance. De retour à l'hôtel, ils ressentent la présence de Burattaria à l'extérieur. Il n'y a cependant aucun Gilgamesh, la cible est en fait Riyoko.

Les anciens créanciers de Tatsuya et Kiyoko ont refait surface et poursuivent Kiyoko, à la demande surprise d'Isamu qui veut, en échange, qu'ils recherchent une chose pour lui. Enfermée au sous sol, Kiyoko s'effondre subitement et tombe dans le coma. Elle fait alors un rêve où elle voit un paysage qu'elle a déjà vu quelque part. Isamu, Tôru et Fûko sont présents, ainsi que ses parents du temps où ils étaient jeunes, une fille mystérieuse et Tatsuya. Elle entend aussi le son d'un diapason. Tatsuya continue à faire sonner son diapason en croyant fermement que Kiyoko va se réveiller...

Avant XX... Autrefois, les parents de Tatsuya se sont rencontrés dans les fouilles du désert où il était dit que les phénomènes surnaturels se produisaient. Terumichi continuait ses recherches avec une femme, Azusa, à ses côtés. Il ne fallut pas longtemps pour que naissent entre eux des sentiments particuliers. Ce fut ensuite la naissance de Kiyoko. Présent... Le fœtus à l'intérieur de Kiyoko ne cesse de grandir sans rapport avec l'état de santé du porteur. Une violente altercation se produit entre Tatsuya, voulant protéger sa sœur, et la comtesse, voulant éliminer l'enfant Gilgamesh...

Les jours passés à Heaven's Gate, la rencontre avec Kagami et les autres, la découverte de Tia, XX, puis les retrouvailles avec Kagami, complètement changé... La vérité sur Heaven's Gate sort de la bouche de la comtesse. Isamu et Fûko décident de se séparer de la comtesse et quittent l'hôtel. De retour dans sa chambre privée, la comtesse se souvient de Terumichi Madoka: les sentiments qu'ils avaient eu lors de leur première rencontre et qui n'ont cessé de grandir à Heaven's Gate puis, qui ont disparu. C'est un passé lointain que la comtesse aimerait oublier...

Il se passe quelque chose d'anormal dans le corps sans vie de Kiyoko. Tatsuya, impuissant, voit sa sœur disparaître progressivement. A ce moment-là, Reiko arrive l'hôtel et commence à raconter tous les détails de la résidence Yûki, la raison pour laquelle elle était aux côtés de Yûki, la raison de sa perte de vue, pourquoi elle a quitté la résidence... La comtesse l'invite gentiment à dormir à l'hôtel, mais...

Core Settlement s'est chargé en un sanglant champ de bataille. Les Gilgamesh, qui ont réussi à dominer la fumée de Rabiswalka, traquent de plus en plus Burattaria et Kazamatsuri. Ne sachant plus où aller, Kazamatsuri fuit le lieu de combat. Une partie de Burattaria perd la tête et attaque les civils, pillant et détruisant tout sur leur passage. Dans la conscience de sa sœur, Tatsuya rencontre la petite Kiyoko de ce jour de neige...

Isamu, Fûko et la comtesse se retrouvent devant un dîner à parler autour des photos du passé... Mais Kazamatsuri et le gros de sa troupe, ainsi que les Gilgamesh, font leur apparition, combattant violemment les uns contre les autres. Les Gilgamesh et Tatsuya luttent contre la nouvelle arme de Burattaria. C'est à ce moment-là qu'un éclair et quatre ombres apparaissent soudainement en même temps.

Hiroko Kageyama, alias la Comtesse de Werdenberg, retrouve ses anciens collègues de Heaven's Gate. En même temps, Tatsuya, Tôru, Fûko et Isamu se dressent face àleurs originaux. L'objectif d'Enkidu leur est révélé mais Tia apparaît ! Tous les mystères sont alors élucidés et tous entament enfin la dernière bataille. Les Orga s'effondrent à tour de rôle dans leur combat contre Burattaria et dix Gilgamesh. C'est alors que Hiroko Kageyama décide d'intervenir pour mettre fin à tout cela.