Texhnolyze se passa na cidade de Lux, uma cidade subterrânea artificial que ruiu após anos de abandono e falta de reparos. Os cidadãos de Lux passaram a se referir a sua casa simplesmente como "A Cidade" e a tratá-la como se ela tivesse vontade e vontade próprias. Três facções principais lutam para controlar Lux: Organo, um grupo de "profissionais" que colaboram com o submundo do crime que controla Texhnolyze (próteses), a Salvation Union, um grupo populista que busca perturbar os negócios de Organo, e Racan, uma coleção de jovens indivíduos com Texhnolyzes que usam suas habilidades para ganho pessoal. Ichise já foi um órfão que conseguiu um lugar para si em Lux como lutador de prêmios. Um dia, um promotor de luta fica com raiva dele e a altercação que se segue resulta na perda de um braço e uma perna de Ichise. Antes que a morte possa levá-lo, Ichise é encontrada pelo cientista Eriko Kamata, que o usa como objeto de teste para seu recém-projetado Texhnolyze. Com esses novos membros poderosos à sua disposição, Ichise começa a trabalhar para Oonishi, o líder de Organo. Ele logo conhece uma jovem misteriosa, Ran, que tem o poder de ver futuros possíveis. Juntos, eles logo percebem que Lux está à beira da guerra e desmorona, e que eles podem ser os únicos que podem salvar a cidade.