近未来,当年繁华喧嚣的东京因核电站事件变成了死城,被成为世界第一大幽灵城市。然而即便在这座死寂的废墟中,仍有幸村者盘桓于此。20XX年,三名没有配备任何防辐射装备的少女出现在旧东京。她们名叫成濑荆(户松遥 配音)、深作葵(花泽香菜 配音)、野村妙子(明坂聪美 配音),是通过遗传基因改造生下来天生具有抗辐射能力的少女,统称“COPPELION”。在防卫大学附属特别工科学校教官三岛鬼兵陆佐(小山力也 配音)的指挥下,少女们四处搜索幸存者,前所未有的经历以及感受接踵而至,少女们的心中作何感想……
本片根据井上智德的漫画原作改编,COPPELION少女们的姓氏均来自日本著名导演,普通人姓氏则来自日本的文豪作家。。1937年,热河人佟家儒背井离乡在上海聂中丞中学教国文,养女囡囡成了残疾,本想再次南逃的他被迫留下。目睹侵略者残害同胞,他忍气吞声只求保住性命。学生欧阳为国效力,急需助手,佟家儒硬着头皮帮忙。欧阳牺牲,佟家儒暴露被日本特务东村盯上,他巧妙周旋完成任务同时摆脱了嫌疑。欧阳上司杨逍被抓,佟家儒将他救出。妻子栀子刚生下儿子希望,却因保护杨逍被杀。半年中四个参与杀害栀子的凶手均被佟家儒杀死且不露马脚。东村苦于没有证据,试图用残酷的刑具逼佟家儒认罪。共产党人组织教师、学生游行,营救了佟家儒。三年后,佟家儒拿自己当诱饵,帮助国共两党的同志们联合除了日本特务基地。日寇投降,东村不甘失败绑架希望,逼佟家儒与其决斗。战友们制服东村,营救希望。东村大骂佟是懦夫,佟家儒告诉他:“对待侵略者,中国人都有一颗勇敢的心。”。