《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。
2050年时，在强化纸箱中以被称为LBX的小型战斗机器人进行对战的比赛已化为一股热潮。主角山野阪也是热衷于LBX对战的一人，一如往常般瞒着家人在外玩着LBX的某日，被一位神秘的女性托付了一台超高性能的LBX“AX-00”。
特别用语
LBX(LBX)
LBX全名为Little Battler eXperience，意思是“小小战士的体验”，是由Tiny Orbit公司所开发的小型战斗机器人。
在过去，由于拥有太过强力的性能，被视为危险的玩具而被迫停止贩售。
后来因强化纸箱的面世，它能将从内部或外部产生的冲击几乎全数吸收，使得LBX对战的范围得到限制，LBX变成了有场地限制的安全玩具，所以LBX才可得以贩售，令LBX在小孩子之间形成了一股热潮。
LBX主要由核心骨架﹑分装装甲及武器所构成。
核心骨架(コアスケルトン)
核心骨架为LBX的内部框架，配备着马达﹑电池及CPU等重要零件，透过安装不同的零件而强化LBX的性能。
CPU(CPU)
CPU为LBX的核心储存器。
当LBX不断进行对战后，数据就会记录到CPU里，从而产生出新的攻击技。
分装装甲(アーマーパーツ)
分装装甲为LBX的外部装甲，主要是用作保护LBX的核心骨架，分装装甲大致分为头部﹑胸部﹑左手﹑右手及脚部五种装甲。
而分装装甲亦有不同的种类，如重视能力平衡的骑士型(Knight Frame)﹑重量级的搏击型(Brawler Frame)﹑轻量级的强袭型(Strider Frame)﹑脚部改良过的战车型(Panzer Frame)及兽人般的猛兽型(Wild Frame)。
LBX可自由安装不同的装甲创造出独一无二的LBX。
武器(武器)
LBX以不配备武器作对战的，称为“素手”。
同时地，LBX可配备不同的武器作对战，如剑﹑枪﹑苦无﹑斧﹑单手枪﹑双手枪﹑大炮﹑武器腕等。
强化纸箱(強化ダンボール)
能够吸收掉80%来自内、外侧的冲击，是个革命性的“未来的箱子”，原本是用来保护运输的物品而开发的纸箱。
D方块(Dキューブ)
由TINY ORBIT公司开发的。D方块是把强化纸箱压缩之后制成的小型立方体，只要按下按钮就可展开强化纸箱，成为LBX对战用的平台。
CCM(CCM)
CCM全名为Control & Communication Manipulator，为用来操作LBX的遥控器，能够给予LBX指令，于萤幕上可以显示损伤程度、电力残量等各种情报。
阿尔特美斯(アルテミス，Artemis)
为两年前开始举办的LBX世界第一争夺赛。
比斯达斯地下赛(アングラビシダス，Anglavisidas)
由雷克斯所创办的地下LBX大赛。“比斯达斯地下赛”的对战是没有规则，为无限制常规战，选手可允许使用任何攻击方法对付对手。而最新一届“比斯达斯地下赛”的优胜者可得到“阿尔特美斯”的特别参赛权。其会场位于蓝猫咖啡店的地下。
Angel Star(エンジェルスター，AngeL Star)
亦称“天使之星”，是神谷重工机械手臂的专用品牌。
高中生夏目贵志有灵异体质，能看见别人所看不到的。当他得到祖母玲子的遗物“友人帐”之后，不论白天或晚上，开始有各式各样的妖怪纷纷找上门！
原来玲子也和贵志一样有灵异体质，大家都对她敬而远之。玲子因为十分寂寞，便到处向妖怪下战书，并要战败的妖怪交出名字，订立服从的契约。而贵志拿到的，正是这本写有众多妖怪名字，能够号令百妖，力量引人觊觎的“友人帐”！
贵志在得知事情原委之后，决心要将“友人帐”上的名字一一还给被玲子击败的妖怪。而想要不费吹灰之力拿到友人帐的妖怪“猫咪老师”，则自愿当保镳，保护贵志和“友人帐”，共同踏上妖怪之旅！