Todo transcurre en una ciudad llamada Mabase que tiene una especie de fábrica gigante llamada Medical Mechanica plant. El protagonista es un chico de 12 años llamado Naota Nandaba a quien atropella una chica de (supuestamente) 19 años llamada Haruko. De un día para el otro, esta chica se encuentra viviendo en la casa de Naota. Una noche, cuando Naota salía a buscar a Mamimi (la novia de su hermano), aparece Kanchi (Canti), un robot con cabeza de televisor y se pone a luchar contra otro robot (salido de la Medical Mechanical) que no es ni más ni menos que una mano gigante! Pero Kanchi no pelea sólo contra este robot, sino que Haruko, aquella muchacha que atropelló a Naota con su Vespa, lo ayuda. Alrededor de esta base se va desarrollando la historia de FLCL, en cada OVA aparecen nuevos robots malignos los cuales son enfrentados por Kanchi y Haruko y además se nos van presentando nuevos personajes y desarrollando la historia entre ellos.