La ville de Lux, construite dans les profondeurs de la Terre, est devenue « une cité abandonnée » depuis que la surface l'a oubliée. Ses habitants y vivent dans la peur et le désespoir tandis que les gangs dirigent la ville. Ceux-ci contrôlent également la « Texhnolyze », une technologie qui permet de remplacer les membres du corps humain par des prothèses cybernétiques. Le destin de ce monde va se jouer entre quatre personnages : Ohnishi, le caïd de la ville, Ran, une jeune fille aux pouvoirs de divination, Yoshi, un mystérieux visiteur et Ichise, un boxeur mutilé. La « Texhnolyze » les sauvera-t-elle ou les mènera-t-elle à leur destruction ?

L'histoire commence dans un bâtiment désert par une nuit noire. Une charmante demoiselle, Rin Asogi, est poursuivie avec acharnement par une tueuse féroce. Celle-ci parvient à la faire tomber du toit et le corps de Rin s'écrase en morceau sur le sol.

On retrouve Rin dans une agence de détective privé avec son assistante Mimi qui lui demande de prendre au sérieux son travail et de partir à la recherche du chat égaré d'un client. Alors que Rin est sur le point de le retrouver, ce bête chat ayant été responsable d'un carambolage, elle croise par hasard et sauve Maeno Koki, un jeune homme sur le point d'être enlevé par la mafia. Celui-ci lui fera part de son étrange malaise : il a le sentiment que tout ce qu'il entoure, tout ce qu'il vit est faux et que ses souvenirs ont été fabriqués tellement ils lui semblent artificiels.