Синдзи Икари прибывает в Токио-3 по просьбе своего отца Гэндо, командующего Nerv, организации для истребления Ангелов одним доступным оружием — Евангелионом: Модулем-01.

Синдзи просыпается в больнице, не помня о вчерашней битве с Ангелом. Его отец не желает иметь с ним никакого дела, поэтому Мисато Кацураги становится его опекуном. Привыкая к жизни в квартире Мисато, он, наконец, вспоминает яростный бой.

Синдзи начинает учиться в школе Токио-3 и начинает испытывать проблемы с тем, что он пилот. Тодзи злится на Синдзи из-за того, что в первом сражении Синдзи против Ангела Сакиила была сильно ранена его сестра. Появляется ещё один Ангел, Самусиил, и Синдзи обязан победить его с помощью Евы-01.

Мисато расстроена из-за того, что Синдзи проигнорировал её приказ в последнем бою с Ангелом, а Синдзи настолько устал быть пилотом Евы, что сбегает из дома. Побродив в Токио-3 несколько дней, Синдзи сталкивается с проблемой: уйти или остаться в новом доме.

Наконец Ева-00 была отремонтирована, Синдзи пытается получше узнать загадочного пилота Евы-00, Рей Аянами, но выясняет, что она очень замкнутая, у неё нет друзей, а все записи о её прошлом были стёрты. В это же время прибывает новый мощный Ангел Рамиил, летающий монолит, который нападает на Токио-3.

Рицуко Акаги кратко информирует Синдзи о реальной природе второго удара, Ангелов и Евангелионов, а также их миссии — победе над Ангелами. Мисато и Рицуко посещают публичную демонстрацию нового робота Jet Alone, построенного конкурирующим оборонным подрядчиком. Однако робот быстро выходит из-под контроля, и Синдзи должен использовать Еву-01, чтобы помочь Мисато забраться внутрь. Та должна ввести код до того, как робот взорвётся.

Мисато привозит Синдзи и его друзей Кэнсукэ и Тодзи к перевозящему Модуль-02 и его немецкого пилота Аску Лэнгли Сорью флоту ООН. Сопровождает Аску в Японию бывший любовник Мисато Рёдзи Кадзи. Во время неловких представлений появляется огромный морской Ангел и начинает атаковать флот, и Аска решает бороться с ним, используя Еву-02 и стратегию «классики»…

Аска начинает учиться в классе Синдзи и переезжает в их с Мисато квартиру. Пока Аска пытается приспособиться к Японии (вернее, пока все остальные пытаются приспособиться к Аске…), нападает новый Ангел, который способен раскалываться на две идентичные копии. Ева-01 и Ева-02 побеждены, а Nerv публично унижен. JSSDF удаётся остановить Ангела на время с помощью N²-бомбы, а Аска и Синдзи вынуждены учиться «синхронизироваться» с движениями друг друга, чтобы победить Ангела.

Пилоты Евангелионов (за исключением Рей) в восторге от предстоящей поездки в Окинаву, но радость не была долгой: ребята расстраиваются, когда выясняют, что они не могут покинуть Токио-3, дабы быть наготове на случай атаки Ангела. Спящий ангел Сандалфон был обнаружен в эмбриональном состоянии, расположенный глубоко в магме действующего вулкана. Чтобы получить информацию о природе Ангелов, Аску отправляют в жерло вулкана, предварительно одев Еву-02 в огромный защитный костюм. Однако Ангел просыпается и выходит за пределы эмбриональной стадии, заставив Аску сразиться с ним глубоко в магме.

В Токио-3 и Nerv полностью отключается электроэнергия (аварийные источники питания не работают); сотрудники института предполагают, что это произошло в результате саботажа. В это время в Токио-3 появляется новый Ангел, а все три пилота Евангелионов находятся вне штаб-квартиры. Синдзи, Рэй и Аска самостоятельно пытаются найти дорогу к Центральной догме. Одновременно сотрудники Nerv вместе с Гэндо вручную подготавливают Евы к запуску.

Ангел гигантских размеров возникает на земной орбите, и Евы неспособны его достигнуть. Массированная атака N² бомбами не даёт никакого результата. Ангел бросает небольшие куски собственного тела на Землю, пристреливаясь для атаки на Токио-3. После успешного наведения Ангел бросает своё тело вниз для того, чтобы уничтожить город. Евангелионы 00, 01 и 02 задействованы для того, чтобы задержать падение Ангела АТ-полем и уничтожить его.

Пилоты Евангелионов проходят тест синхронизации под управлением Рицуко в штаб-квартире Nerv, когда Ангел проникает в город. Этот Ангел — множество микроорганизмов, которые, взаимодействуя, составляют компьютерную схему. Ангел проникает в компьютерную сеть Nerv и захватывает два из трёх суперкомпьютеров MAGI, однако Рицуко удаётся установить на последнем компьютере защиту, которая замедляет захват. Ангел пытается включить механизм самоуничтожения базы Nerv, для чего требуется согласие всех трёх суперкомпьютеров. И хотя защита замедлила захват, Рицуко по-прежнему нужно вернуть контроль над базой, перехитрив Ангела.

Первая часть эпизода представлена в виде доклада Seele, посвящённого рассмотрению действий Гэндо. Вкратце повторяются события предыдущих эпизодов. Во второй части Рицуко Акаги проводит эксперимент, который должен выявить, могут ли быть взаимно заменимы пилоты Ев. Оказывается, что Рей может синхронизироваться с Евой-01, однако когда Синдзи пытается синхронизироваться с Евой-00, та выходит из-под контроля.

Кадзи начинаёт своё секретное расследование с целью вызнать тайны Nerv. После этого Кадзи, Мисато и Рицуко идут на свадьбу. В это время Рей и Синдзи оставляют после уроков для того, чтобы провести уборку в школе, а Аска отправляется на свидание вслепую. Позже Аска от скуки целует Синдзи.

В Токио-3 появляется новый Ангел — чёрно-белая сфера, нависшая над городом. Все три Евы были мобилизованы для атаки, но Синдзи, напав первым, вместе с Евой-01 был контратакован Ангелом, проявившим себя в новой форме — огромной чёрной тенью, засасывающей в себя всё подряд. Евангелион-01 был засосан внутрь «моря Дирака»; Nerv начинает планирование новой операции по уничтожению Ангела и спасению Синдзи. Рицуко предлагает самые радикальные меры (сброс N² бомб в «море»), которые могут повлечь уничтожение Евы, если она всё ещё находится там. Синдзи действительно находится внутри Ангела, но не может сам выбраться оттуда; системы жизнеобеспечения могут работать автономно всего семнадцать часов.

Второе отделение Nerv в пустыне Невада загадочным образом пропало во время эксперимента по установке S² двигателя. Вместе с лабораториями и аппаратами исчезли все работники комплекса, а также Евангелион-04, разрабатывавшийся там. После этого правительство США решает прекратить разработку почти законченной Евы-03 в первом отделении Nerv в штате Массачусетс и отправить её в Японию. Для пилотирования новой Евы избран Тодзи.

Евангелион-03 переправляется в Японию с помощью авиации. Во время полёта самолёт пересекает грозовую тучу, которая, вероятно, являлась ещё одним Ангелом. К тому моменту, когда Еву-03 впервые запустили, она уже была «инфицирована» и немедленно вышла из-под контроля Nerv и пилота — Тодзи. На перехват Евы, теперь идентифицируемой как Ангел, были отправлены все Евангелионы Токио-3. Но Ангел легко расправился с Евой-00 и Евой-02. Когда он встречает Еву-01, управляемую Синдзи, тот отказывается сражаться, так как боится ранить пилота внутри Евы-03. Гэндо приказывает включить систему автопилота.

В результате боя между Евой-01 и Евой-03 Тодзи получил серьёзные ранения (в частности, потерял ногу[8]). Синдзи покидает Nerv во второй раз, но через некоторое время появляется новый Ангел, который быстро расправляется с Аской и Рей. Синдзи неожиданно встречает Кадзи, который пытается уговорить его снова пилотировать Евангелион, чтобы защитить от смерти тех, о ком заботился Синдзи.

Во время кульминационного момента боя с последним Ангелом Синдзи смог достигнуть невероятного уровня синхронизации с Евой. В результате его тело растворилось в LCL внутри контактной капсулы. По прошествии тридцати дней Рицуко решает пойти на крайние меры для того, чтобы восстановить тело Синдзи. В это время его разум, взаимодействуя с Евой, вновь переживает самоанализ и пересмотр всех событий, происходящих с ним.

Заместитель главнокомандующего Фуюцуки похищен для допроса Seele, недовольными тем, что им не сообщили о Евангелионе-01, который, поглотив S²-двигатель[10], перестал нуждаться во внешнем источнике питания и стал самодостаточной боевой машиной с богоподобной силой. В это время Кадзи, временно отстранённый от должности, продолжает расследование в Nerv. Пока Фуюцуки содержится в изоляторе Seele, его посещают воспоминания о первой встрече с Гэндо, Юи Икари, Втором Ударе, зарождении Gehirn и Nerv.

Степень синхронизации Аски продолжает падать после поражения в бою с последним Ангелом. Аску посещают тревожные воспоминания о детстве; она становится всё более раздражённой, постепенно приходит в уныние. Новый Ангел атакует с орбиты Земли с помощью психического оружия. Аска хочет доказать, что всё ещё может пилотировать Еву, и пытается контратаковать. Но сила Ангела слишком велика, и Аска ломается, когда ментальная атака заставляет её вновь пережить самые худшие моменты в жизни и постигнуть свои собственные страхи. Гэндо решает использовать для уничтожения Ангела Копьё Лонгиния.

Вследствие нападения последнего Ангела Аска впадает в глубокую депрессию. Скоро появляется новый Ангел. Во время боя с Евангелионами-00 и −01 он контактирует с разумом Рэй. Чтобы спасти Синдзи, Рэй вызывает самоуничтожение Евы-00, которое влечёт за собой и уничтожение Ангела. Мисато требует, чтобы Рицуко раскрыла ей и Синдзи тайны Nerv и правду о настоящей природе Рэй.

Так как из-за депрессии Аска больше не может пилотировать Еву-02, Seele посылает нового пилота на замену ей: Каору Нагиса. Он смог быстро завоевать доверие Синдзи и подружиться с ним. Ещё один Ангел атакует непосредственно конечную догму, где предположительно находится Адам. В конце концов Синдзи смог захватить Ангела, но он должен убить того, кто ему близок, чтобы спасти мир.

Начинается Комплементация, концом которой станет соединение душ всех людей. Главные герои изучают себя, осмысливают свою жизнь и дальнейшее существование. Синдзи не хочет находиться в этом мире с другими людьми, он пытается создать мир только для себя одного.

2016 год нашей эры. Комплементация переходит в решающую фазу; скоро человечество переродится в новую форму жизни. Синдзи продолжает исследовать себя, своё сознание. Он представляет мир, в котором бы не был пилотом Евангелиона, а был бы простым мальчиком. В конце концов Синдзи начинает понимать, что нельзя вечно жить одному и прятаться от людей.