L’Arme Ultime relate l'histoire de deux adolescents, Shûji et Chise. Il est sportif et sérieux ; elle est timorée et ses résultats scolaires sont médiocres. Néanmoins le destin les unit quand Chise trouve le courage d'avouer ses sentiments à Shûji, devenant ainsi sa petite amie.

C'est suite à un bombardement de Sapporo que Shûji, miraculé errant dans la ville, découvre Chise métamorphosée, un canon à la place du bras et des ailes métalliques lui sortant du dos.

Elle est l'Arme Ultime conçue par le gouvernement et destinée à protéger le Japon.