Zaprojektowane w Japonii, exoszkieletonowe uzbrojenie znane jako Infinite Stratos (IS) może być pilotowane wyłącznie przez kobiety. Jego ogromna moc i zdolności bojowe doprowadziły do międzynarodowego traktatu zakazującego jego używania jako zasobu wojskowego. Po odkryciu, że 15-letni Ichika Orimura jest jedynym mężczyzną zdolnym do operowania IS, zostaje przymusowo zapisany do Akademii Infinite Stratos. Ta żeńska szkoła internatowa szkoli uczniów, aby stali się pilotami IS. Tam Ichika ponownie spotyka się z dwiema przyjaciółkami z dzieciństwa, Houki Shinonono i Lingyin Huang, oraz zaprzyjaźnia z Cecilią Alcott, reprezentantką IS z Wielkiej Brytanii. Pod kierunkiem legendarnego pilota Chifuyu Orimura – ich surowej nauczycielki klasowej i starszej siostry Ichiki – Ichika i dziewczyny muszą wykorzystać wszystkie dostępne zasoby, aby bronić siebie i swojej akademii przed zagrożeniami, które pojawiają się podczas ich ekscytującego szkolnego życia.