"Gunslinger Stratos: The Animation" spielt in einer dystopischen Zukunft, in der die Welt in zwei parallele Dimensionen gespalten ist. Die erste Dimension, bekannt als "Frontier S", ist eine Welt, die von einer totalitären Regierung kontrolliert wird, während die zweite Dimension, "Frontier I", eine scheinbar friedliche, aber von Konflikten geprägte Gesellschaft darstellt. Beide Welten sind durch eine mysteriöse Verbindung miteinander verknüpft, die es den Bewohnern ermöglicht, zwischen den Dimensionen zu reisen.

Die Handlung konzentriert sich auf Tohru Kazasumi, einen Schüler, der in Frontier I lebt und als Mitglied einer speziellen Einheit namens "Gunslingers" rekrutiert wird. Die Gunslingers sind Elitekämpfer, die mit fortschrittlichen Waffen und Technologien ausgestattet sind, um die Bedrohung durch die rivalisierende Dimension abzuwehren. Tohru wird in den Konflikt hineingezogen, als er auf seinen Doppelgänger aus Frontier S trifft, der als Kyōka Katagiri bekannt ist. Dieser Doppelgänger hat eine dunkle Agenda und versucht, die Grenzen zwischen den Welten zu zerstören, um eine neue Ordnung zu schaffen.

Im Laufe der Serie wird Tohru mit moralischen Dilemmata und Identitätsfragen konfrontiert, da er herausfinden muss, wer er wirklich ist und welcher Dimension er angehört. Unterstützt wird er von seinen Mitstreitern, darunter die erfahrene Kämpferin Rei Asagiri und der technisch versierte Shū Amiguchi. Zusammen kämpfen sie gegen die Bedrohung durch Frontier S und versuchen, die Stabilität beider Welten zu bewahren.

Die Serie thematisiert Konzepte wie Identität, Loyalität und die Konsequenzen von Machtmissbrauch. Die Handlung ist geprägt von intensiven Kampfszenen, politischen Intrigen und der ständigen Frage, ob die beiden Dimensionen jemals friedlich koexistieren können. Die Charaktere entwickeln sich im Laufe der Serie weiter, während sie mit den Herausforderungen des multidimensionalen Konflikts konfrontiert werden.