Một ngày nọ, Takeru tỉnh dậy trên chiếc giường của mình và tin rằng mọi thứ mình thấy chỉ là một giấc mơ. Tuy nhiên, sự thật không như cậu nghĩ: cậu đã bị đưa về ngày đầu tiên khi cậu xuất hiện ở thế giới Unlimited, ngày 22 tháng 10 năm 2001.
Cafe Kuronekotei là một quán cà phê nằm ở một góc của quận 5 của Cố đô. Những cô gái làm việc ở đó là những con búp bê cơ khí tự động (automata), đỉnh cao của công nghệ hiện đại. Chúng được tạo ra để làm vũ khí chiến đấu trong cuộc đại chiến, nhưng chiến tranh giờ đã kết thúc.
Series diễn ra ở thế giới khác, đa phần là trong thành phố Eridana, nơi một nửa lãnh thổ là của Đế Chế Rồng Tseberun, và một nửa còn lại là Liên Minh Bảy Thành Phố Lapetodes.
Cốt truyện của Atom The Beginning diễn ra tại Nhật Bản sau một cuộc đại tai vạ. Trong thời điểm hoang tàn đó, có 2 thiên tài luôn mơ về tương lai, đó chính là Umatarou Tenma và Hiroshi Ochanomizu. Cả hai đã làm việc ngày đêm trong phòng nghiên cứu robot - Tenma tạo ra "thần" và Ochanomizu tạo ra "người bạn".
Tenma, Alone và Sasha là 3 người bạn thân thiết từ thuở ấu thơ. Số phận chia cắt 3 họ ở những độ tuổi khác nhau và cũng chính số phận cho họ hội tụ lại, nhưng giờ không phải dưới danh nghĩ 3 người bạn thời thuơ ấu nữa mà là Thánh Đấu sĩ cung Thiên Mã - Tema, Minh Vương Hades - Alone và Nữ Thần Athena - Shasa.