Drei Mittelschüler, bekannt als die Kleinen Drei, öffnen versehentlich ein Portal zu einem Paralleluniversum und müssen eine ihrer jüngeren Schwestern retten, nachdem sie von außerirdischen Invasoren entführt wurde. Pyontaro Tezuka lebt mit seiner anhimmelnden kleinen Schwester Futaba in einer Welt, die wie eine einfache, cartoonhafte Zeichnung aussieht. Zusammen mit seinen Nachbarn und besten Freunden, Hiroshi Ochanomizu und Tsubame Azuma, erhält er von ihrem Lehrer eine mysteriöse Scheibe. Als die Jungen die Scheibe auf einer Spielkonsole abspielen, erscheint eine lebensechte, hyperrealistische Welt auf dem Bildschirm, und eine Libelle schlüpft aus dem Fernseher. Futaba jagt der Kreatur nach und wird in die alternative Dimension gezogen, nur um von den außerirdischen Streitkräften gefangen genommen zu werden, die diese Version der Erde erobert haben.

Das Trio folgt Futaba in die Parallelwelt und macht zwei verblüffende Entdeckungen. Erstens sind die Landschaft und Städte identisch mit ihren eigenen, aber in düsteren, realistischen Details dargestellt. Zweitens behalten ihre eigenen Körper ihr cartoonhaftes, chibi-ähnliches Aussehen, was ihnen in dieser Realität übermenschliche Stärke, Geschwindigkeit und Unverwundbarkeit verleiht. Dieser Kontrast ermöglicht es ihnen, Stürze aus großer Höhe zu überleben und Angriffen standzuhalten, die für normale Menschen tödlich wären. Auf der Suche nach Futaba treffen sie auf menschliche Widerstandskämpfer und erfahren, dass die außerirdische Besatzung die Menschheit an den Rand einer Katastrophe gebracht hat. Das Trio beschließt, sich dem Kampf anzuschließen, und nimmt den Namen Donner 3 an, während sie gegen die außerirdische Bedrohung kämpfen.

Ein entscheidender Wendepunkt tritt ein, als die außerirdischen Streitkräfte eine verheerende Superwaffe einsetzen, die jeden Menschen auf dem Planeten auslöscht, außer denen, die in Japan leben. Angesichts des beinahen Aussterbens der Menschheit verstärkt Donner 3 seine Bemühungen, Futaba zu retten und die Invasoren aufzuhalten. Ihre Reise beinhaltet Allianzen mit sympathischen Außerirdischen, deren eigene Heimatwelt zerstört wurde, sowie die Koordination mit einer Rebellengruppe namens Rebellion. Die Geschichte verbindet Momente düsterer, groß angelegter Science-Fiction-Action mit dem Humor und der visuellen Seltsamkeit, cartoonhafte Protagonisten in einer Welt zu sehen, die wie Live-Action-Fotografie aussieht. Die Serie steuert auf eine klimaktische Konfrontation zu, während Donner 3 nicht nur darum kämpft, ein Mädchen zu retten, sondern auch eine gesamte eroberte Erde zurückzuerobern.