Texhnolyze berpusat di kota Lux, kota bawah tanah buatan manusia yang hancur setelah bertahun-tahun tak terurus dan kurangnya perbaikan. Penduduk dari kota Lux menyebut rumah mereka ini hanya sebagai ”Kota” dan memperlakukannya seolah-olah kota ini memiliki pikiran dan kemauan sendiri. Pertarungan tiga faksi besar untuk mengontrol kota Lux;Organo, kelompok dari para “profesional” yang bekerjasama dengan para kriminal dunia bawah yang mengontrol Texhnolyze (prostetik), Salvation Union, kelompok masyarakat yang berusaha menganggu bisnis Organo dan Racan, kumpulan anak-anak muda dengan Texhnolyze yang digunakan untuk keuntungan sendiri.

Ichise yang seorang yatim piatu mendapatkan tempat baginya di Lux sebagai petarung bayaran. Suatu hari, promotor naik pitam dengannya dan terjadi pertengkaran yang membuat hilangnya tangan dan kaki Ichise. Sebelum kematian merenggutnya, Ichise ditemukan oleh peneliti Eriko Kamata, yang menggunakannya sebagai subjek tes untuk Texhnolyze terbaru yang ia desain. Dengan anggota gerak baru di bagian tubuhnya yang hilang, Ichise mulai bekerja untuk Oonishi, pemimpin dari Organo. Ia tak lama kemudian bertemu dengan gadis kecil , Ran, yang memiliki kekuatan untuk melihat masa depan. Bersamanya, mereka menyadari bahwa Lux sedang diambang peperangan dan kejatuhan, dan mungkin hanya mereka yang dapat menyelamatkan “Kota”.