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Tomoru Shindo, um estudante universitário da Cidade 5, sonha com um mecha chamado Orgun e protege uma mulher de um mecha hostil. Um meteoro entra na atmosfera da Terra e se dirige para a Cidade 5, revelando-se um mecha hostil de uma raça alienígena chamada Evoluder. A Professora Michi Kanzaki da Força de Defesa da Terra (EDF) recebe sinais da Lua vindos de um mecha de pouso forçado chamado Orgun e o reconstrói em seu laboratório. Orgun escapa e confronta o mecha invasor, convidando Tomoru a se fundir com ele. Juntos, os dois derrotam o mecha. Tomoru descobre que Orgun é um desertor do invasor Evoluder, que planeja destruir a Terra com o canhão de antimatéria do planeta de batalha Zoma. O oráculo cego Kumi Jefferson prevê a destruição do planeta.

A EDF cria trajes robóticos baseados em Orgun para defender a Terra. Orgun e Tomoru encontram dois Evoluder: Leave, que morre protegendo Orgun, e Rang, que luta contra Orgun com raiva por sua traição. É revelado que os Evoluder são descendentes de uma missão espacial tripulada à Terra enviada à constelação de Cygnus 200 anos antes, cuja tripulação evoluiu para formas de vida mecânicas devido a experimentar milhões de anos de dilatação do tempo durante a viagem. Alguns dos Evoluder estão telepaticamente ligados a certos humanos, como Tomoru com Orgun e Kumi com o líder do Evoluder, Mhiku.

Usando seus trajes robóticos, a EDF repele a força de invasão do Evoluder. Kumi usa seus poderes telecinéticos para mover o Sol para que Orgun possa salvar a Terra. Zoa, a comandante militar do Evoluder, dispara o canhão de antimatéria. Orgun usa seu ataque da Grande Cruz para matar Zoa e destruir o canhão. Orgun cai na praia e morre enquanto Tomoru sobrevive. Mhiku volta a governar os Evoluder, que deixam a Terra pacificamente. Tomoru e Kanzaki caminham ao pôr do sol enquanto os restos mortais de Orgun são exibidos em um museu.