Shinji Ikari es convocado por su padre Gendo, jefe de la organización NERV a quien no ve desde hace diez años. Mientras espera a que vayan a buscarlo, es testigo del ataque de un monstruo gigante, a quien más tarde se la daría el nombre del Ángel Sachiel. Misato Katsuragi lo rescata, no sin antes llevarse un buen susto mientras escapan a toda velocidad en su auto. En la base de operaciones de NERV, se entera de los verdaderos motivos de su padre: pretender pilotar una unidad de combate llamada EVA-01 y enfrentarse al monstruo que azota la ciudad. Shinji se niega a hacerlo, al ver que su padre sólo quiere utilizarlo. Ante la situación, Gendo ordena a una niña que se encuentra allí a prepararse y salir a pelear nuevamente, aún teniendo en cuenta que se encuentra gravemente herida. Este acto de crueldad hace cambiar de parecer a Shin

Shinji tiene un excelente nivel de sincronización, a pesar de que no tuvo ninguna clase de experiencia previa. Sin embargo, cuando enfrenta al Ángel, su personalidad insegura lo lleva a la derrota. Luego de recuperarse de sus heridas en una sala de asistencia, Misato decide llevarlo a vivir con ella a su apartamento. Shinji tendrá que aprender a convivir con una joven mujer desordenada que deja su ropa interior desparramada y desayuna con cerveza helada, en ese lapso, Misato tiene un comportamiento bastante insinuante con Shinji, también se revela cómo Shinji venció a Sachiel: al quedar inconsciente, el EVA tomó vida propia y lo aniquiló en segundos.

Shinji mejor adaptado a su nueva vida, comienza a concurrir a la escuela. Pronto se da cuenta de que esa niña piloto que conoció en NERV es su compañera de clase y que además se llama Rei Ayanami. Conoce también a dos compañeros, Kensuke Aida y Touji Suzuhara, quienes en un principio reniegan de Shinji, algo que a él no le afecta ya que está acostumbrado a la soledad. Aparece Shamshel, el cuarto ángel y Shinji debe hacerse cargo de sus obligaciones y salir a pelear. Todo se complica cuando se da cuenta que los dos chicos de su colegio no se ocultaron como el resto de la gente, y se encuentran cerca del área de combate expuestos al Ángel. Shinji los rescata y ofrece refugio en el interior del EVA, con el inicio de una amistad.

Misato intenta despertar a Shinji pero se da cuenta de que él ha abandonado su habitación. Al no soportar las presiones a la que lo han estado sometiendo, decide desligarse de sus compromisos y emprende una fuga. Realmente no tiene manera de escapar y lo único que pretende es permanecer solo con sus reflexiones, mientras deambula por trenes sin rumbo fijo y salas cinematográficas. Cuando decide regresar, encuentra a Kensuke acampando en las afueras, quien fantasea con el sueño de una heroica vida militar. En él encuentra un amigo con quien desahogarse. La charla dura una noche ya que a la mañana siguiente los agentes de NERV encuentran a Shinji y lo obligan a volver. La Dra. Ritsuko Akagi se presenta como amiga de Misato y jefa del departamento de investigaciones científicas

Al comienzo se relata lo sucedido algunos días antes de la llegada de Shinji a NERV. El equipo se encontraba realizando una prueba de sincronización de Rei con el prototipo EVA-00, cuando inesperadamente la unidad comenzó a rechazar a la piloto y enloquecer. Es por este accidente que Rei aparece herida en el primer capítulo. Shinji se sorprende del vínculo que su padre tiene con Rei. El quinto ángel Ramiel aparece y Shinji quiere enfrentarlo pero es derrotado y apenas consigue salvarse. Ramiel comienza a penetrar en la base subterránea de NERV y la situación se empeora a cada minuto.

Misato elabora una estrategia para vencer a Ramiel y sabe que cuenta con muy poco tiempo y pocas posibilidades de triunfar, pero aun así es optimista. Mediante unos señuelos, se comprueba que el ángel ataca automáticamente a cualquier blanco que se aproxime a su radio de percepción, por lo que la única salida es atacar a distancia por sorpresa, desactivando su campo AT momentáneamente. Shinji será el encargado de usar el prototipo del Rifle de Positrones experimental para dispararle, (el cual necesita de 180 GigaWatts que serán absorbidos de toda la energía de Japón), mientras Rei usa un escudo capaz de contener el ataque del ángel por 17 segundos. La operación se llama "Yashima Operation". A pesar de la gran lucha, Shinji acierta en el segundo disparo, a tiempo para rescatar a Rei quien lo protegía con su escudo.

Ritsuko y Misato son invitadas a una demostración de un prototipo de combate con generador propio llamado JA (Jet Alone), desarrollado por una organización que rivaliza con NERV. Ritsuko advierte al jefe de ese proyecto que un equipo de combate de esa naturaleza es inseguro y que corre riesgo de explotar por sobrecalentamiento. Pero lo único que consiguen es quedar en ridículo, con la mala experiencia en donde Shinji pierde el control del EVA-01. Ritsuko sabotea con su computadora el programa del JA, haciendo que el experimento falle y poniendo en peligro las vidas de miles de personas, sólo para demostrar que NERV no puede reemplazarse. Misato, junto a Shinji (sin saber lo que Risuko hizo) detienen al prototipo. Al final del episodio, se conoce que Ritsuko actuaba bajo las órdenes de Gendo.

Misato invita a Shinji y a sus dos amigos a un supuesto paseo que se convierte en un viaje hasta una zona del mar donde se encuentra una flota de acorazados militares transportando al EVA-02. Al aterrizar conocen a Asuka, piloto de esa unidad y Kaji, quien parece tener una historia pasada con Misato. Gaghiel, el sexto ángel ataca y Asuka, de personalidad muy fuerte, decide hacerle frente sin consultar a nadie y junto a Shinji abordan la unidad EVA-02. Mediante un plan de Misato, "pescan" al ángel con forma de monstruo marino. Kaji recibe un llamado misterioso y decide abandonar el barco en un jet antes de correr peligro. Luego entrega el Adam a Gendo

Asuka comienza a cursar en la misma escuela que Shinji, y se vuelve instantáneamente popular entre los demás alumnos. Isfrael, el séptimo ángel se acerca por la costa, los pilotos de EVA con sus unidades son enviados a enfrentarlo, pero Asuka se apresura por demostrar su autosuficiencia y lo corta en dos con un ataque. Al ser dividido, el ángel se convierte en dos seres que ponen a los EVA fuera de combate. El fracaso se debió a la falta de coordinación, por lo que NERV decide poner a los pilotos en un programa especial para ellos, enviando a Asuka a vivir con Misato y Shinji. Cuando vuelven a combatir al ángel, lo logran gracias a su combinación de ataques.

En la escuela se organiza una excursión a las platas de Okinawa. A Shinji, Asuka y Rei no les permiten ir para estar siempre disponibles por si ataca algún ángel. La situación de revierte mediante MAGI, la computadora de NERV, cuando descubren que hay un embrión de ángel en las profundidades de un volcán. Se decide poner en práctica el plan A-17 que consigue en intentar capturar vivo al ángel antes que se desarrolle. Asuka es designada para la misión pero el ángel despierta y ataca. Se defiende y logra vencerlo, pero logra salir del magma gracias a la ayuda de Shinji.

Un apagón general azota Tokio-3 y los tres generadores independientes de NERV tampoco funcionan. Todo indica que se trata de un sabotaje, y los pilotos quedan fuera de la base para empeorar la situación. Matarael, el noveno ángel aparece y se aproxima a NERV. Tras varios intentos, los pilotos llegan a la sala de abordaje justo a tiempo para el combate. Primero son sorprendidos por una lluvia de ácido que los inutiliza momentáneamente y les hace perder armas. Luego gracias a una estrategia de protección de Asuka, consiguen derrotarlo, siendo esta la primera vez que los tres EVA trabajan juntos.

En un flashback, vemos el pasado de Misato, quien quince años atrás su padre la salva de una muerte segura, tras el Segundo Impacto. La cicatriz que lleva en su cuerpo le recuerda estos sucesos mientras se viste frente al espejo. Se convierte en la tercera autoridad jerárquica de NERV tras un ascenso y se organiza una fiesta para festejarlo, pero Sahaquiel, el décimo ángel se aproxima. El plan de Misato consiste en usar a las tres unidades para contener con sus propias manos el descenso para que, finalmente, Asuka le de muerte, con un ataque certero, al ángel.

Ritsuko le enseña una nueva técnica de digitación a su asistente Maya Ibuki. Se explica cómo funciona MAGI, el sistema diseñado por la Dra. Akagi, madre de Ritsuko, gobernado por tres sub-sistemas, Melchor, Gaspar y Baltazar. La creadora explicó que cada parte representa una fase de su personalidad: la científica, la madre y la mujer. Tiene incluso implantado su cerebro. Ireul, el décimo primer ángel aparece en forma de virus informático, infestando a los primeros dos sub-sistemas. Ritsuko e Ibuki utilizan sus habilidades y algunos secretos de la madre de Ritsuko para eliminar el virus. Ritsuko comenta a Misato, al final, que de su "Madre" no sabe nada, aunque como "Científica" la admira, pero como "Mujer" la detesta, aunque fuese ésa la parte que se resistió a ceder ante el ángel.

El capítulo inicia con un resumen de los combates contra los 9 primeros ángeles, mencionando uno a uno los ataques de estos y la forma en que fueron derrotados (el 11° es sobre lo que cuestiona el Consejo de Seguridad al comandante Ikari) Gendo y Fuyutsuki niegan a la ONU el ataque de Ireul, para guardar las apariencias. En NERV se hace una prueba de intercambio de unidades. En un principio se coloca a Rei en el EVA-01 donde experimenta sensaciones que la llevan a cuestionar su existencia, por primera vez. Más tarde, Shinji se sincroniza con el EVA-00 pero el experimento se descontrola como sucedió con Rei, días antes de la llegada del tercer ángel. El EVA-00 aparentemente busca atacar a Rei, sin embargo luego de que se le acabe la energía, Ritsuko murmura que era ella a quien intentaba atacar.

Luego de su viaje a Kioto, se confirma que Kaji es un espía. Con motivos de una boda, Ritsuko, Misato y Kaji se juntan en la fiesta, como en los viejos tiempos. Misato se emborracha y en un momento se aleja para ir al baño. Kaji aprovecha para coquetear con Ritsuko quien le advierte lo peligroso que es "jugar con fuego", dándole a entender su sospecha de las actividades de espionaje realizadas por él. Kaji decide acompañar a Misato hasta su casa en el trayecto Misato se cae y luego empieza una discusión entre ellos pero esto termina en un beso.

Shinji supera a Asuka en una prueba de sincronización lo que le da bastante confianza en sí mismo. Leliel, el décimo segundo ángel aparece, y ante las provocaciones de Asuka, Shinji intenta detenerlo solo, sin darse cuenta de que el verdadero ángel es una enorme sombra de 680 m que engulle al EVA-01 a una dimensión llamada Mar de Dirac. Como le es imposible salir, se prepara un plan para rescatarlo, mientras Shinji reflexiona acerca de sí mismo y de su imagen percibida por cada una de las personas que conoce, y su temor al rechazo. Antes de que comience la operación de rescate, Shinji reconoce en el interior del EVA-01 el alma de su madre, y escapa destruyendo al ángel.

En la segunda rama (sede americana en Nevada, EE.UU.) intentaron aplicar el dispositivo S2 a la unidad EVA-04 y como resultado del experimento, la base íntegra desapareció sin explosión ni rastro alguno. Se supone que sucedió algo similar a la absorción del EVA-01 y que fue transportada a la zona del Mar de Dirac. El EVA-03 es fabricado en EE. UU. y pasa al poder de NERV, por lo que necesita un nuevo piloto. El elegido es Touji Suzuhara. Misato no sabe como decirle esto a Shinji, porque teme lastimar sus sentimientos, ya que pilotar un EVA implica un gran peligro.

Suzuhara no está realmente interesado en pilotar el EVA y durante la primera prueba, es poseído por Bardiel, el décimo tercer ángel. Los tres EVA son enviados a detenerlo, pero Shinji es el único que no sabe que en el interior se encuentra su amigo. Asuka pretende avisarle, pero el ángel la deja fuera de combate. Rei quiere detenerlo sin éxito. La misión queda entonces en manos de Shinji, quien se niega atacar a un semejante. Su padre corta la sincronización y activa un simulador de personalidad llamado "Dummy plug", para que el EVA-01 finalmente ataque y destruya la cápsula del piloto.

Enfurecido al ver a su amigo casi muerto, Shinji se pone en contra de su padre y quiere destruir el Geofront, pero es detenido aumentando la presión de LCL. Suzuhara sobrevive pero pierde una pierna. Shinji decide abandonar NERV, enojado con su padre. Zeruel, el décimo cuarto ángel llega y la primera en intentar detenerlo es Asuka, pero no tiene éxito. Para empeorar las cosas, cortan los brazos y cabeza del EVA-02. Rei intenta pelear con el prototipo 00, pero no tiene ninguna oportunidad. Shinji que está en regresar dadas las circunstancias, se cruza con Kaji que lo convence de que no huya de sus responsabilidades. Con la sincronización más alta que tuvo hasta ahora (400%), vence al ángel aún después de quedarse sin energía. Después de esta lucha, el EVA-01 se come el núcleo S2 del ángel, demostrando que puede regenerarse por sí mismo.

A partir de la incorporación del S2, el EVA-01 tiene autonomía, pero como Shinji sobrepasó el 400% de sincronización, fue absorbido por la unidad, como le sucedió a su madre años atrás. Comienza el plan de rescate, y cuando quedan pocas esperanzas, el núcleo S2 se activa y Shinji cae al suelo desnudo. Su madre lo ha salvado otra vez, y Misato lo abraza mientras llora como si fuera su propio hijo, poco después Misato va con Kaji y se pasan toda la noche teniendo relaciones sexuales, también durante esos momento, Kaji le entrega a Misato un chip en forma de cápsula con toda la información que él tiene sobre NERV, para que ella continue su investigación.

Seele utiliza a Kaji para secuestrar a Fuyutsuki para interrogarlo acerca del Proyecto Evangelion, Gendo y las verdaderas intenciones de NERV. De esto se esclarecen varios puntos acerca de la historia. Se explica como se fundó NERV, en qué consiste el Plan de Complementación Humana, qué es exactamente un Evangelion. También aparece la madre de Ritsuko matando a la primera Rei antes de suicidarse. El Dr. Fuyutsuki es liberado y Kaji es asesinado. Misato recibe en el contestador automático de su casa el último mensaje de Kaji.

Se revelan más secretos del pasado de Asuka y sus sentimientos de autosuperación, ante el abandono de una madre que cayó en la locura, confundiéndola con una muñeca. Durante las pruebas de NERV vemos sus recuerdos que provocan un índice muy bajo de sincronización. Se habla de la creación de los EVA en serie, las unidades del 05 al 13. Comienzan a asentarse los conflictos entre NERV y SEELE. Arael, el décimo quinto ángel llega y Asuka es víctima de un ataque psicológico a distancia. Rei se hace cargo del rescate, ya que Shinji y el EVA-01 no están disponibles. Para derrotar al ángel, Gendo ordenó a Rei utilizar la Lanza de Longinus, que se encontraba en el pecho de Lilith y como consecuencia, se perdió para siempre.

Misato comienza a mostrar síntomas de depresión por la pérdida de Kaji. Se da cuenta de que su último regalo fue la información de las tareas de espionaje que NERV le había dado. Armisael, el décimo sexto ángel ataca y Asuka pierde por completo su sincronización, siendo Rei la que debe hacerse cargo otra vez. Pero las cosas salen mal y es invadida psicológicamente, creando una introspección en la víctima. Finalmente se autosacrifica para matar al ángel, esa misma noche, Shinji esta completamente destrozado, Misato intenta confortarlo pero él no se deja. Misteriosamente Rei aparece viva. Misato sabía algo y encuentra a Ritsuko, amenazándola a punta de pistola para obligarla a revelar la verdad. Ritsuko la conduce junto a Shinji a una habitación con varios EVA desechos y varios clones de Rei Ayanami, sin alma.

Shinji entra en fase introspectiva cuestionando sus sentimientos, e intenta comprender si era realmente necesario matar a Kaworu. Asuka se cuestiona su capacidad, no desea parecer completamente inútil y ser descartada, pero su mayor temor es la soledad. Rei busca en su interior el porqué de sus existencias, mientras Misato afronta su relación con Kaji y los problemas de su padre, además que reconoce que le gusta "sentirse sucia", es decir, le gusta buscar a los hombres. Todos los personajes se dan cuenta de que de alguna manera están incompletos y por el hecho de ser humanos son imperfectos. Necesitan completarse con otras almas para alcanzar la felicidad que les ha sido negada hasta ahora. Lo cual es el verdadero proyecto de Gendo y NERV, convertir a toda la humanidad en un solo ser completo, equivalente a un dios.

Shinji altera su percepción apareciendo en una dimensión paralela, donde sus padres viven con él, Asuka es su amiga de toda la vida y lo pasa a buscar todos los días para que no se quede dormido, mientras que Rei es la nueva alumna que llama la atención, es extrovertida y simpática con el resto de sus compañeros. En ese mundo, Fuyutsuki es el director de la escuela, Misato es una profesora muy sexy y Pen-Pen es un juguete. Es el mundo en el que siempre quiso vivir, la realización de su sueño creado por él, donde no tiene que subir al EVA y puede expresar sus sentimientos. Todos los seres humanos eligen como vivir, cada uno en un mundo diferente donde existen verdades diferentes de cada uno. Todas las personas que viven en el corazón de Shinji lo rodean al final y lo aplauden, porque al fin ha conseguido encontrar el significado de la vida y la felicidad verdadera.