ACT.I
女子高生の加納渚は地球侵略を企む異星人クトゥルフに操られた級友や両親に襲われた所を、謎の少女イクサー1に助けられるが両親は犠牲になる。クトゥルフの下士官コバルトはディロスθで街を攻撃するが、地球の兵器は対抗できない。戦闘を拒否する渚にイクサー1は両親の仇を討てと声を掛け、二人はイクサーロボに乗ってコバルトを倒す。
ACT.II イクサーΣの挑戦
イクサー1は地球に降着したクトゥルフの要塞を単身調べるが、イクサー1を倒すために生み出されたイクサー2と戦いになる。一方、戦闘を嫌う渚は避難する少女小夜子とその母親と出会う。親子を介抱する渚だが、クトゥルフに襲われ母親が犠牲になる。コバルトの恋人だったセピアはイクサーΣで街を攻撃するが、小夜子を守るために渚はイクサーロボに乗り込む。
ACT.III 完結編
イクサーΣを撃破したイクサーロボの強さが渚にあると考えたイクサー2は渚を誘拐する。操られてイクサー1を攻撃する渚は「自分を殺して」と願う。渚を倒したイクサー1はシンクロで力を増し、イクサー2や黒幕ビッグゴールドを倒す。イクサー1は地球を侵略前の状態まで戻す。渚は両親や級友と平和な日常を過ごす中、イクサー1を見かけるが何も思い出せない。イクサー1はクトゥルフの生き残りと共に宇宙の旅に出る。