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Nell'anno 2015 un Angelo torna ad attaccare Neo Tokyo-3. Misato Katsuragi trasporta Shinji alla base della NERV diretta dal padre del ragazzo, Gendo.

Dopo aver pilotato l'Unità 01, Shinji si sveglia in ospedale senza alcun ricordo della battaglia. Dispiaciuta per lui, Misato decide di ospitarlo a casa sua.

A scuola si sparge la notizia che Shinji è il pilota dell'Eva e il suo compagno di classe Toji si infuria. Un Angelo appare e Shinji deve combattere di nuovo.

Traumatizzato dopo l'ultima battaglia, Shinji fugge da casa e incontra Kensuke. Dopo essere stato ritrovato dalla NERV, Misato gli offre una scelta.

Il pilota dell'Unità 00 Rei Ayanami sembra essersi ripresa ma non ha amici, nessun ricordo del suo passato e nessun interesse a conoscere Shinji.

Il quinto Angelo avanza verso la NERV e Misato guida l'Operazione Yashima: tutta l'elettricità del Giappone sarà usata per sconfiggere Ramiel con un fucile a positroni.

Ritsuko rivela a Shinji la vera causa segreta del Second Impact, poi lei e Misato partecipano alla dimostrazione di un mecha di un'organizzazione concorrente.

Shinji e gli amici accompagnano Misato a incontrare l'Unità 02 e il suo pilota Asuka in mare. A bordo c'è Ryoji Kaji, un vecchio amico di Misato con un piano tutto suo.

Asuka e Shinji affrontano un altro Angelo, che però ha la meglio. I due hanno sei giorni per imparare i movimenti sincronizzati necessari a distruggerlo completamente.

La NERV scopre un Angelo in fase embrionale dormiente all'interno di un vulcano. Usando un equipaggiamento resistente al magma, Asuka va a recuperarlo con l'Unità 02.

A Neo Tokyo-3 salta la rete elettrica proprio quando appare un altro Angelo. I piloti devono riuscire a entrare nella base mentre la NERV attiva le Unità manualmente.

Gendo e Fuyutsuki sono in Antartide e Misato ha appena assunto il comando quando un nuovo Angelo appare sopra la Terra con l'obiettivo di bombardare Neo Tokyo-3.

Un Angelo si infiltra nella NERV prendendo il controllo del supercomputer MAGI. Ritsuko ha un piano per far evolvere forzatamente Ireul fino all'estinzione.

Mentre Gendo riporta alla Seele le operazioni della NERV con gli Angeli dal terzo all'undicesimo, Ritsuko conduce un test facendo cambiare Unità ai piloti dell'Eva.

Per la prima volta dopo anni, Shinji incontra suo padre sulla tomba della madre. Ritsuko, Misato e Ryoji partecipano a un matrimonio e Asuka va a un appuntamento.

In battaglia Shinji e l'Unità 01 sono assorbiti dall'ombra di un Angelo. Mentre la NERV teme di averli persi, Shinji vive una strana esperienza.

La seconda base della NERV in Nevada salta in aria insieme all'Unità 04. In attesa che arrivi l'Unità 03, Gendo ordina a Ritsuko di assegnarle un pilota.

L'Unità 03 arriva dagli Stati Uniti, ma Shinji non sa ancora chi sia il pilota. Durante i test, la NERV apprende che l'Unità 03 è infettata da un Angelo.

Sconvolto dopo la battaglia, Shinji giura di non pilotare mai più un Eva e di lasciare di nuovo la NERV. Proprio mentre sta per andarsene, un altro Angelo attacca.

Dopo aver raggiunto un livello di sincronizzazione inaudito, Shinji si fonde con l'Unità 01. Mentre ha un'esperienza extracorporea, la NERV si adopera per salvarlo.

La Seele rapisce Fuyutsuki e lo interroga sulle vere intenzioni della NERV e di Gendo, rivelando eventi del passato. Ryoji scompare.

Il rapporto di sincronizzazione di Asuka continua a diminuire minando la sua autostima. Decisa a dimostrare il proprio valore, la ragazza ignora gli ordini in battaglia.

Nonostante le sue difficoltà, Asuka ha l'ordine di assistere Rei in battaglia contro Armisael. Quando fallisce, Rei compie un gesto disperato per salvare Shinji.

Kaworu Nagisa, il Fifth Children, arriva alla NERV per pilotare l'Unità 02 al posto di Asuka. Stringe amicizia con Shinji, ma qualcosa di lui è poco chiaro.

Il Progetto per il Perfezionamento inizia e le anime dell'umanità si fondono. I piloti dell'Eva affrontano la natura della loro esistenza mentre la realtà si dissolve.

Il Progetto per il Perfezionamento dell'Uomo continua. Shinji deve decidere se accettare un mondo in cui è solo o accogliere i rapporti con gli altri.