Innocence débute par une citation de l'Ève Future de Auguste de Villiers de l'Isle-Adam (1886):

« Si nos dieux et nos espoirs ne sont rien d'autre que des phénomènes scientifiques,
alors notre amour est également scientifique. »

Batou est un cyborg vivant, véritable Rambo androïde, appartenant à l'unité d'élite de la section 9 (anti-terrorisme) œuvrant pour le gouvernement. Il ne peut se défaire du souvenir d'une femme cyborg qu'il a jadis aimée, le major Motoko Kusanagi, disparue dans la matrice, le réseau des réseaux. Épaulé par son partenaire humain Togusa, il va lui falloir déjouer un complot cybernétique. Des gynoïdes (androïdes à apparence féminine), servant à assouvir les plaisirs sexuels humains, avatars cybernétiques des poupées gonflables, massacrent leurs acquéreurs avant de se suicider (de s'autodédruire).

Batou est accompagné de la pensée (du ghost) du major Kusanagi, son ange gardien comme il dit ; ou plutôt de l'être issu de la fusion de la conscience du major et du Puppet Master, un programme informatique (connu sous le nom de « projet 2501 ») et agent intelligent autonome né de l'océan de l'information, susceptible de s'incarner dans un corps et qui a échappé à ses concepteurs (voir Ghost in the Shell ).

Batou et Togusa vont alors enquêter dans des milieux terroristes et mafieux pour découvrir qui tire les ficelles et manipule les esprits, afin de connaître le secret de fabrication et le principe vital qui anime ces gynoïdes tueuses. Ils vont se retrouver dans une espèce de musée de l'automate, ou autrement dit un muséum de la « vie artificielle », pendant du muséum d'histoire naturelle de Ghost in the Shell. Il va finalement découvrir le secret sur un bateau surarmé qui croise au large dans les eaux internationales et qui sert d'usine de fabrication, en pénétrant grâce à son ange gardien le système informatique surprotégé.