《ZEXAL》的故事发生在近未来都市“心之地市”，而《ZEXALII》里则转往两个更高次元的世界：“星光界”和“巴利安世界”(又译异晶人世界，下同)。在心之地市盛行AR决斗(AR·デュエル)，AR意为扩增实境，在规则和一般站立式决斗无异。决斗者需使用“D视镜(D・ゲイザー)”和“D面板(D・パッド，D Pad)”进行决斗，这些装备只用于提升作中角色视角的视觉效果。《ZEXAL》的主流召唤方式是超量召唤(エクシーズ召喚)，借由将两个以上的怪兽“叠放”而召唤超量怪兽入场，在超量怪兽中有100张“编号怪兽”，是主角欲搜集的目标。

中学生九十九游马与学校头号不良少年神代凌牙决斗，而这场决斗改变游马的命运。于该决斗中，出现在九十九游马梦里的诡异大门突然出现，并由九十九游马利用挂坠打开。大门散发出无数光芒，站著九十九游马身旁的是从异世界来的神秘生命体阿斯特拉尔，为取回阿斯特拉尔失去的记忆，需要拿回99张编号怪兽，因此九十九游马及阿斯特拉尔两人开始一起行动。

阿斯特拉尔出现真正目的是什么?新的怪兽“编号怪兽”的存在到底是何方神圣?面对持续出现在游马面前的强力劲敌，阿斯特拉尔身上的谜团也逐渐明朗。而本作就是讲述这搭挡缔造的新决斗传说。

公元2195年，谜一般的兵器群“木星蜥蜴”突然出现，并以压倒性的战斗力占领了火星的殖民地以及月球的背面。地球的各地均有被称为“郁金香”的母舰降落。与此同时，民间企业尼尔加重工(ネルガル重工，NERGAL)完成了实验战舰ND-001抚子号(ナデシコ，Nadesico, 纳迪斯高/力高号)的建设。

即使是对着木星蜥蜴的兵器，装备在抚子号上的兵器依然具有技术上的优势，包括扭曲力场(Distortion Field)防护罩以及重力波炮，使得抚子号成为了当时唯一能与木星蜥蜴抗衡的战舰。在人员的任命上，由于采取了“能力一流，不问性格”的选拔方针，结果使得整艘舰的工作人员都是些有点“特殊性格”的人。

火星出生的主角天河明人，在一次偶然的机会遇见了儿时玩伴御统百合香。想再次与百合香相会的明人，一直跟在她的后面，并意外地登上了准备出港的抚子号。其后明人虽然被聘请为抚子号的厨师，但却发生了一些意外，使得明人要驾驶舰载的机动兵器艾斯特巴利斯(Aestivalis)进行战斗……

本故事就讲述一班在抚子号上的成员的经历，他们一方面和木星蜥蜴作战，另一方面又要在地球政府吞并的压力下力求独立自主，而他们随着不断的战斗，渐渐揭开隐藏在背后的惊人事实真相……