...
宇宙をかける少女
轨道历311年，人类生活圈转移到宇宙，是一个无数的部落群漂浮在宇宙的时代。少女秋叶，是因宇宙开发而声名大噪的狮子堂财团的狮子堂五姐妹的三妹。在部落出生和成长，在部落学校上学。这样普通的少女秋叶，某天偶然遇到名为里奥帕的人工智能搭载型机器人。里奥帕自称是有人心的人工智能机器人，性格很坏、自私、口出恶言、集合了所有人类的缺点于一身。对秋叶非常傲慢，呼来喝去。但是，他是另有目的的……
狮子堂秋叶是狮子堂五姊妹的三女，17岁。一大早被姐姐风音逼婚的秋叶跟导航机器人妹子从家中逃了出来。在同班同学佛利欧·斯露的帮助下，秋叶逃到了斯露学园殖民星的脱出舱中。这个时候，宇宙空间中漂浮着无数旧时代的物品，同时一个神秘的殖民星出现。在突然出现的殖民星的强大引力下，秋叶乘坐的脱出舱被吸引了进去。秋叶走进这个冷清的殖民星的内部，在某房间遇到了这个殖民星的人工智能·雷欧帕尔德。所属ICP怪奇科的神凪伊月为了搜查，闯进了殖民星并找到了秋叶，但被雷欧帕尔德投下了下方的宇宙艇存在室。为了向包围自己的ICP车辆炫耀自己的力量，雷欧帕尔德起动反物质炮“雷欧帕尔德加农炮”，结果只是一发哑炮。心灵受到打击的雷欧帕尔德打算撞向地球自杀，不想就此死掉的秋叶苦苦劝阻雷欧帕尔德，但雷欧帕尔德又来不及“刹车”。秋叶乘上QT-arms，和伊月一起成功地拉起高张力拉杆，成功地阻止了殖民星的陷落。
梦中，秋叶在一个古典咖啡厅总和一个不认识的女性相遇，她称秋叶为“穿越宇宙的少女”。醒来后秋叶发现睡在自己房间的床上，原来之前在宇宙空间漂浮时被佛利欧所救。媒体宣称不明构造物（=雷欧帕尔德）已被地球的导弹消灭。伊月被ICP公安禁止调查此事，但伊月得知ICP隐瞒着某件事。第二天，来到学校的秋叶被学生会叫去，被会长质问擅用学校的脱出舱的事情，这时一名神秘女孩出现，展现超能力制造混乱，让秋叶得以逃脱。班会课上，一名转校生来到班上，竟然是刚才的那名神秘女孩——河合穗乃香。放学后，秋叶跟踪穗乃香但被穗乃香弄晕，并带去见雷欧帕尔德。被要求去拿作为雷欧帕尔德加农炮的磁力腔“黄金宝玉”，秋叶穿上Q-TECTOR、再次乘上QT-arms，和穗乃香一起侵入某工业设备殖民星。越过保安机器的攻击进入仓库的秋叶，伊月出现在她身后。伊月要秋叶带她去见雷欧帕尔德。这时，一个神秘的巨大蛇形机体出现在二人面前……
驾驶QT-arms跟被穗乃香称之为“Nerval”的巨大管道机器对峙的秋叶等人陷入苦战。在穗乃香的支援下，秋叶成功把磁力腔“黄金宝玉”拿到手并逃离了工业设备殖民星。一直隐身的雷欧帕尔德现身，把“黄金宝玉”安装在雷欧帕尔德的殖民星上，秋叶按下黄金铳的扳手，反物质炮终于成功发射，一炮就把工业设备殖民星连同那个所谓“Nerval”一同摧毁。但秋叶表示不想再参与这些事而离开。另一方面，ICP公安层决定除掉擅自调查的伊月。伊月在课长妮娜帮助下假死，装作成学生，化名下山睦（下山むつみ）转到斯露学园秋叶所在的班级上，为了搜查而向秋叶拉近关系。看穿下山睦真身的穗乃香，因反感ICP而跟伊月大打出手，二人的打斗及时被秋叶制止。伊月离开时假发掉落，露出了原来的面孔。
雷欧帕尔德上网查发现自己没有名气。正热闹举办学园祭的校园内走着的秋叶被叫去理事长室。在那里，她看到雷欧帕尔德下达的犯罪预告映像，雷欧帕尔德说“我要偷走学园殖民星中一件对我很重要的物品”。这段映像是从秋叶的终端电脑发出来的。生气的秋叶和妹子跟雷欧帕尔德闹翻，并取走笔记本电脑。另一方面这个时候，学园学令再编特区有一名头罩红箱的男子在闹事。知讯的伊月和学生会等人一起赶到现场，红箱男展现可怕的EX-QT破坏力，穗乃香同样使用EX-QT将其制服。第二天，秋叶为了偷取下一个零件——阳电子矩形而来到学令再编特区。就在秋叶打开某箱子的瞬间，突然被伊月带上手铐。这时，黄金铳传来雷欧帕尔德的声音，为了让秋叶承认“我才是最强的，秋叶只是他的仆人”，雷欧帕尔德使得秋叶的Q-TECTOR装束透明化，通过手铐和秋叶连在一起的伊月也受到了影响。为了不在校园中被人看到赤身裸体，秋叶和伊月同心协力开始大逃亡。
因为被害得在学园里裸奔，秋叶跟雷欧帕尔德大吵架，结果受不了气的雷欧帕尔德将秋叶赶出了殖民星。这个时候，狮子堂长女·风音、爱尔·斯露等人狮子堂评议会的成员集合开会，在月球追缉犯罪者·阿蕾达的狮子堂高岭传来的关于小樱被敌人虏走的报告。另一方面，秋叶恢复平常的生活，跟往常一样毫无目的、无聊地渡过一天，最后平静地回到家中睡着了。突然睁开眼的秋叶看到伊月出现在她面前，伊月要求秋叶带她去见雷欧帕尔德。伊月说起雷欧帕尔德可能父母失踪的神秘事件有关，看到有着人生目标伊月的秋叶感叹家里人就自己没有目标。二人正乘坐巡逻艇时遇到了ICP公安的蜜桃和九重葛。为了逮捕伊月，这两个小鬼驾驶QT-arms袭来，伊月也驾驶QT-arms迎击。雷欧帕尔德突然现身，协助秋叶击退了公安二人组。秋叶答应去收集零件“黄金宝玉加热器”，伊月为了见雷欧帕尔德也答应帮忙。就这样，秋叶她们开始前往月球的圣耳忒弥斯更生中心。
得知高岭的定时联络中断的风音，委托艾利密欧·斯露前往月球。另一方面，为寻找零件而来到月球的圣耳忒弥斯更生中心的秋月一行，为了入侵主机房而窃取了构造图，乌鲁在解除电脑室安全锁时结果把其他的安全锁也全部被解开。囚犯的项锁全部脱落，引起了大暴动。趁着混乱跑去主机房的途中，秋叶跟穗野香失、伊月失散。穗乃香、伊月跟名为“克罗比先生”的保镖机器人大闹一番后终于进入主机房，秋叶也接着赶到。出现在她们面前的是一个小女孩——狮子堂樱——大学研究室的妹妹。她说在这里搞建筑物的修复工作。这个时候，通过监视摄像机，看到银色金属装甲服的神秘女性·阿蕾达，和被吊着的狮子堂高岭——秋叶的二姐姐。秋叶她们赶去现场，发现这竟是Nervalist的基地。这时，接应秋叶她们的雷欧帕尔德在月球上空出现，而Nerval（レオパルド）也在圣耳忒弥斯更生中心的月面下破土而出，二者的对峙开始！
Nerval的蛇形殖民星攻击雷欧帕尔德，雷欧帕尔德不幸遭受冻结。看到高岭被阿蕾达带去Nerval的殖民星，为了救援高岭的秋叶等人乘上QT-arms，但遭受Nerval的冷气攻击而掉落Nerval内部。巨大脸孔的Nerval的头脑体出现在秋叶等人面前，脱困的高岭及时赶到并和阿蕾达展开战斗。听了高岭的话，秋叶赶去雷欧帕尔德身边以启动反物质炮，结果连自己也被冻结。这个时候，象征狮子堂家的统帅权的导航机器人·守姫交给风音，风音得到小樱的指示，利用各殖民星的反光镜让太阳光照射雷欧帕尔德，使得冻结解除。复活的雷欧帕尔德启动了反物质炮，但Nerval的头脑体在大爆炸中逃脱，这时新的智能殖民星·库桑齐贝（クサンチッペ）出现并了接走Nerval。激战结束，秋叶等人在雷欧帕尔德的殖民星集合，高岭、风月、爱尔也先继到来。秋叶想知道真相，风月对她说“你有跟Nerval战斗的命运”。
风音想在雷欧帕尔德内部建立对抗Nerval的据地并把雷欧帕尔德管制，遭雷欧帕尔德拒绝。在雷欧帕尔德内部闲逛的一行人泡起了温泉，秋叶问起了事件的经过，风音讲述了原委。几十年前试验被制造出来的第一个搭载人工智能的殖民星名为Nerval。后来，Nerval背叛了人类，把居民们囚禁起来；那个时候跟Nerval战斗的是狮子堂评议会和雷欧帕尔德。经过漫长的战斗，评议会最终救出人们，Nerval却逃脱了。秋叶再次发问时，温泉中出现冒出一只巨大的白色蛇颈龙怪物，并把黄金宝玉的冷却装置叼走。被告知失去冷却装置后反物质炮将会爆炸，为了寻找蛇颈龙怪物，首先秋叶、伊月、穗乃香来到的图书馆寻找雷欧帕尔德的殖民星内部地图，在图书馆，她们遇到的无头骑士幽灵，通过“试炼”顺利得到地图。她们终于找到了蛇颈龙怪物的所在地，成功抢回了冷冻装置。那个时候，某商用殖民星的上空突然出现某神秘的构造物伸出一把巨大的电锯割。
某棒球场上，秋叶投去的球把蜜桃的球棒击碎，秋叶俯视着倒下的敏塔欧，说道：“按照约定，把你们球队的权利书交给我。”另一边，海盗队的原4号击球手伊月，为了孤儿院的生活资助而忙碌地工作着。在那里杜鹃出现了，以让伊月复出棒球界为条件，游说她去对抗秋叶的踢馆。第二天，海盗队的球场的投球土丘上，秋叶威风凛凛地站着；海盗队方面，尚未倒下的击球手只剩下音音子。这个时候，伊月出现了。二人开始了对决。秋叶投出了可移动的魔QT之球，伊月不敌，在剧痛下跌倒；肩膀疼痛的秋叶以胜负未分而离开球场。为了决胜，伊月前往“棒球之鬼”的地方进行修炼。几天后，伊月和秋叶再次对决。伊月漂亮地击飞了秋叶投出的魔QT之球的时候，伊月突然被理事长枪杀，宣称要灭掉所有QT使用者。愤怒而颤抖的秋叶，使出浑身之力发动了EX-QT。
上学途中，伊月带来了一个巨大的封闭箱子。箱中的人以交换Enigma（エニグマ）的情报为条件希望狮子堂的人帮助她逃亡，但箱中的人不愿意离开箱子。箱子先被放置在学校的走廊，结果清扫机器人把箱子当作垃圾回收。发现箱子不见的秋叶和伊月开始搜索，在箱子将被粉碎的千钧一发之际救回箱子。穗乃香称箱中人是Nerval那里的逃亡者。放学后，箱子被带到秋叶的家中。伊月向箱中人问取情报，但箱中人没有任何的记忆。晚上，大家穿着睡衣有说有笑时，秋叶给箱中人取了个名字——箱子酱（ハコちゃん）。深夜，阿蕾达闯入狮子堂家，察觉到的秋叶等人赶紧坐汽车逃跑，而风音和高岭出现帮助秋叶逃跑。混乱中，秋叶认出面具下阿蕾达的样子跟自己经常在梦中见到的女人一摸一样。最后阿蕾达还是把箱子回收，飞向了宇宙。
通过监视视频推测，偷去镜子的巨大构造物跟阿蕾达有关；一心要救回箱子酱的秋叶提出协助，但被风音催促去上学。但是，觉得有些事情必须要做的秋叶跟穗乃香去见雷欧帕尔德。另一方面，学生会的杜鹃投靠了阿蕾达，并成为智能殖民星·弁庆（ベンケイ）的同伴。Nerval的“聆听者计划”准备开始。弁庆向雷欧帕尔德发E-mail，把偷取镜子的事栽脏给给雷欧帕尔德并对此嘲笑。生气的雷欧帕尔德跟秋叶合作，得到狮子堂评议会的帮助，为了引诱弁庆出来而在宇宙空间散布聚光镜；为挽回名声而盗走ICP总部大量镜子来引出盗镜犯人的蜜桃和九重葛，以及被ICP公安逼迫追查犯人的伊月也在这附近相遇。这个时候，来自别的宙域的智能殖民星弁庆跳跃出现。另一边，奈美独自外出时遇到了偶像时代的后辈，因产生了她们嘲笑自己的幻听而跟她们闹翻，回到家后由产生幻觉，看到手机变成巨大蟑螂攻击自己。因偶像时代种下的心理创伤而痛苦着的奈美，这时阿蕾达突然出现并把她走。
因存在感被雷欧帕尔德和秋叶忽视的弁庆（原名波拿帕罗特）和杜鹃怒上心头。弁庆宣称要拿走雷欧帕尔德的太阳能镜，使出绝招把雷欧帕尔德关在一个巨大的箱子里慢慢地吸取其能量。剩余的能量雷欧帕尔德加农炮发射突破箱子，但能量光束被弁庆用镜子吸收并反弹给雷欧帕尔德。风音发动“绝对穿越控制”黑进ICP的系统，准备出动部队攻击弁庆；但对方用“Nerval独占控制”反制。这时库桑齐贝也出现并带着量产蛇状殖民星·冈特雷特攻击kirkwood殖民星，使其系统完全崩溃，kirkwood陷入异常的雪天。阿蕾达更是杀到狮子堂元老院的指挥室，风音被迫用脱出舱出逃。狮子堂阵形越来越处于劣势。雷欧帕尔德向弁庆撞击，一起往地球坠落。想阻止坠落的秋叶、伊月、穗野香乘坐QT-arms去拉起高张力拉杆，却遭到被Nernal洗脑的高岭袭击。另一面，雷欧帕尔德利用剩余能量让头脑体跟自己的殖民星分离，独自逃走。
因为高岭的攻击，秋叶等人被迫在地球降落。就在和同伴失散而不知所措的时候，雷欧帕尔德的头脑体突然滚落，连同秋叶、妹子一起掉落河流，最后和伊月、穗乃香汇合。为了修复坏掉的QT-arms，大伙向kirkwood地球领事馆——伊月的出生地出发；到达目的地，发现那是个荒废已久的圆顶都市。跟踪已久的一班地球土著跃出，把秋叶等人绑起来，并打算烧死穗乃香，称她是“恶魔的手下”。一个神秘构造物突然降落在那里，土著称之为“天空的恶魔”；8名相貌跟穗乃香一样、像鬼魂一样的名为Existent-Z的神秘人，诱导着土著们头罩红箱走向构造物，连秋叶也受影响，幸好穗乃香及时阻止。这时不知从哪里冒出一批F35无人机把神秘构造物轰走。小樱的宇宙艇B.O.A.R.Ship在圆顶都市降落，跟秋叶等人汇合。得知地球还有高度的技术，众人向那个中心地前进。在海上行驶途中，基因生物·QT-Rose突然把宇宙艇缠住并拖向狮子堂岛。看到岛上站着的那老人的身影时，穗乃香跳向那人扑出，称他为“叛徒”！
到达狮子堂岛的秋叶等人，遇到了智能殖民星的创造者冯博士。她们向冯询问回到宇宙的办法，但冯告诉她们那是不可能的。在岛上等待救援信号回复的期间，伊月向冯刺探情报。冯告诉她，先前遇到的构造物叫做花衣魔笛手（The Pied Piper/パイドパイパー），是Nernal俘虏人类时用的轨道电梯；Nernal俘虏人类只是满足自己作为殖民星需要居民的欲望。这个时候， Pied Piper出现在狮子堂岛周围的海面，海水被冻结。秋叶再次受到Existent-Z的思考干涉而头罩红箱。冯呼唤QT-Rose围着狮子堂岛，制御了Existent-Z的思想干涉。秋叶虽然恢复过来但晕倒了。梦中，秋叶和神乐相遇，看到了神乐、穗乃香及年轻时的狮子堂长老出发去跟Nernal战斗的情景；神乐嘴里说着如果打不过Nernal的话，一边把纸片贴在咖啡厅Enigma的墙壁上，称是秋叶是“穿越宇宙的少女”。醒来后，秋叶从冯那里得知50多年前跟Nernal的事，神乐是自己的先祖，战争中下落不明。这时，为了抢夺宇宙艇B.O.A.R.Ship的杜鹃和弁庆来到了狮子堂岛。另一方面，怪奇课的妮娜收留了蜜桃和九重葛；跟阿蕾达在一起的奈美，被告知她才是“穿越宇宙的少女”。
从冯那里取来用于抵御Existent-Z的精神波的迷你QT-Rose的秋叶等人，为了回到宇宙 乘坐宇宙艇B.O.A.R.SHIP向Pied Piper进发，千钧一发之际成功地潜进了Pied Piper，并在内部目击到箱子人的制造。一堆纸箱和B.O.A.R.SHIP被Pied Piper当作垃圾去排出宇宙空间，这时回收箱子人的智能殖民星库桑齐贝出现。秋叶看到一个黄金脱出舱中有奈美和阿蕾达的身影。秋叶打算从阿蕾达手里夺回奈美，但是奈美接受了阿蕾达给的锡杖武器Primavera（プリマヴェーラ），偕同8名战乙女Existent-Z向秋叶袭来，伊月和穗乃香也跟阿蕾达战斗起来。库桑齐贝向B.O.A.R.SHIP攻击，结果把不小心把Pied Piper切开，战斗被迫中断；但是秋叶、穗乃香确认了阿蕾达的真面目是神月。雷欧帕尔德因Existent-Z的精神波攻击而晕倒了。库桑齐贝要离开而进行空间跳跃，空间扭曲让秋叶等人也全被吸了进去。
斯露学园的箱子人的数量逐渐增加，艾利密欧带着学生会成员夺走一辆巴士，成功地从学园殖民星逃走出来；在避难区他们遇到了妮娜和受伤的爱尔·斯露。这个时候，支配着kirkwood的Nerval把人类箱子化计划告知几位原来的阁僚们，而阿蕾达也着奈美来到Nerval那里。奈美对Nerval以人类模样活动和被其洗脑的姐姐·高岭的感到惊讶。Nerval向奈美说要“一起守护这个世界”。另一方面，受到库桑齐贝的空间跳跃的影响，秋叶等人来到木星轨道；从这里回到kirkwood可要花费5年的时间。追究起责任，伊月和秋叶吵起架来。这时，小樱注意到木星轨道漂浮着雷欧帕尔德和弁庆的殖民星。雷欧帕尔德殖民星因为自动归航系统的起动而回到了木星——50年前大战结束后雷欧帕尔德和穗乃香的沉睡的地方。于是大家向殖民星蹦去。秋叶来到雷欧帕尔德的头脑室，伊月来到图书馆，穗乃香来到沙漠地带，为各自的事不约而同地流下眼泪。但是，在大家沉浸在感伤不久，被极光覆盖的殖民星的上空出现了放电现象。
受到木星的强力电磁波的影响而陷入危机的秋叶等人不知所措的时候，一直戴在小樱头上的帽子突然跳出来，原来这帽子是外星人尤比炭。尤比炭告诉大家一个逃离危机的办法。利用弁庆的殖民星的推进力，大家终于逃出来木星的重力场范围。木星的空间站·比邻星之冠（プロキシマの冠）。那里曾经是人类和外星人的交流中心，也是狮子堂评议会对抗Nerval的最后的据点。秋叶发现那里是曾在梦中出现过的地方，但唯独轨道咖啡厅Enigma没找着。尤比炭告诉大家使用比邻星之冠的能量进行超空间跳跃而返回kirkwood，但雷欧帕尔德无法和自己的殖民星连接。于是由弁庆接上比邻星之冠，开始了超空间跳跃。另一方面，奈美袭击斯露学园的学生们，无情地将其关进箱子中。接受妮娜命令潜入学园的蜜桃和九重葛，将其事录像记录完毕后返回避难区杰尼斯站（ジャニスステーション），却被敌人跟踪。于是，奈美带着大批机器人出现在杰尼斯站外，这时，通过超空间跳跃的雷欧帕尔德出现了。
对突然出现的雷欧帕尔德感到惊讶不已的奈美，并且看到了秋叶等人而产生动摇，带着Existent-Z撤退了。那个时候，弁庆趁时切下雷欧帕尔德的两片太阳能镜，然后不知飞向何处。秋叶等人和避难区的人相聚，得知kirkwood已被Nerval占领的事实。爱尔·斯露打算把避难区的人迁到雷欧帕尔德的殖民星，命令秋叶让雷欧帕尔德恢复精神。虽然想了许多办法，但雷欧帕尔德的状况没有好转。从穗乃香那里得到提示，秋叶向难民们寻求协助，追棒雷欧帕尔德。那个时候，库桑齐贝携带大批无人战斗机器向雷欧帕尔德袭来。于是，承接难民们和秋叶的愿望，雷欧帕尔德再次和殖民星连接，开动雷欧帕尔德加农炮成功把敌人击退。然而，秋叶却被阿蕾达拐走了。
雷欧帕尔德很快地从弁庆那里抢回了太阳能镜。另一方面，在殖民星内部，伊月、蜜桃和九重葛为了连接殖民星的动力线路而奔跑的途中，在那个温泉里休息时，伊月向她们述说了自己的身世。这时，一只巨大的章鱼怪物突然出现，穷追着伊月等人。风月刚好从月球防空部返回，用电磁炮将章鱼击退。然后，风音被告知秋叶被Nerval的人拐走。另一方面，秋叶和妹子在库桑齐贝的内部，看到了整然有序的关着人类的箱子群。库桑齐贝说，智能殖民星为了从内部的人类得到力量，把人类关在箱子里去除其多余的情感，让人类成为智能殖民星的零件。秋叶要反驳，库桑齐贝准备也把秋叶关在箱子里。逃跑中，秋叶发现先前被掠走的箱子酱，但对方完全失去记忆，并在箱壁上显示“逮捕”字样。无奈下，秋叶终于被关进了箱子。
被关在箱子里的秋叶找不到出去的办法。 那个时候，雷欧帕尔德殖民星内部，伊月请求穗乃香一起潜入kirkwood时，穗乃香却突然晕倒。穗乃香告诉伊月自己的生命即将结束。另一方面，风音说服杜鹃和弁庆帮忙回收比邻星之冠；另外，委托伊月陪同学生会等人潜入kirkwood寻找秋雨；再安排穗乃香前往地球去请隐居的冯出山；最后要雷欧帕尔德隐身前往印斯茅斯暗礁寻找“剑”。那个时候，Nerval的人间体遭到乌雷共荣圈的刺客的狙击。暗杀机器人分身成3体逃跑，阿蕾达、高岭、奈美分头追杀。凭借压倒性的QT之力和战斗力，奈美她们很快就把机器人破坏掉。爱炫耀的奈美举着机器人的头部回来，机器人的头部竭尽最后的力量，伸出的尖长的刺贯穿了奈美的胸口。
