《机甲少女》是根据手办模型厂商“寿屋”旗下机甲少女系列手办模型制作的电视动画。讲述了有一天早上，一个普通的高中女生小苍收到了一个神秘的包裏。拆开包裏，发现里面放的，是被称为“机甲少女（Frame Arms Girl）”的完全自律型小型机器人“轰雷”。是玩具！是模型玩具呢！但是轰雷可不只是普通的机甲少女，而是搭载著比人工智能更高等的AS（Artificial Sel）智能，拥有人工自我人格的最新型试作机。不仅如此，全世界只有小蓝一个人能启动轰雷。为了学习战斗资讯与人类情感而存在的轰雷。一切知识从零开始学起的机甲少女。小蓝与轰雷，人类与机甲少女之间充满奇妙与欢乐，让人笑声不断的日常生活就要开始了！
某天早上，平凡的女高中生“苍”收到了一箱不知名的包裹。打开包裹后，发现里面装的是被称为机甲少女的小型机器人“轰雷”。隔天竟然又收到两箱同样装有机甲少女的包裹。究竟机甲少女是什么呢....？
史蒂蕾特因为输给了轰雷，于是在赢过她之前决定和芭莎菈露多一起住在苍的家。但隔天醒来后，史蒂蕾特只要一靠近轰雷就会变得全身硬梆梆的，而且还突然飞不起来。到底史蒂蕾特发生了什么事了？
某天芭莎菈露多躲在苍的背包里，偷偷地跟着苍来到的学校。为了把芭莎菈露多带回来，轰雷和史蒂蕾特也来到学校。到了学校后发觉校内各处会发光的东西都消失不见了。究竟这是怎么回事…
从夏威夷归国的花酒蕨，认为轮与玛丽与共生对象纳村过於亲近，必须将矫正范围扩大至轮与玛丽。花酒蕨宣布举行蕨娃匹克，派出旗下三兽士与纳村等人竞技。第一个竞赛项目是相扑，然而在场上的对手居然是一头熊……
某天轰雷和迅雷正在进行战斗时，突然在战斗场内出现了一个没有实体且自称“安姬蒂特”的机甲少女。这个突如其来的机甲少女究竟她的目的是什么？
