"Texhnolyze" spielt in der unterirdischen Stadt Lux, einem düsteren und heruntergekommenen Ort, der von sozialer Unruhe, Gewalt und technologischen Fortschritten geprägt ist. Die Stadt wird von verschiedenen Fraktionen kontrolliert, darunter die mächtige Organisation "Organo", die mit der Unterwelt verbunden ist, und die "Raffia", eine Gruppe von Rebellen, die gegen die etablierte Ordnung kämpfen. Die Gesellschaft in Lux ist von Armut, Korruption und einem ständigen Machtkampf zwischen den Gruppen gezeichnet.

Der Protagonist, Ichise, ist ein ehemaliger Kampfsportler, der nach einem gewaltsamen Vorfall seinen Arm und sein Bein verliert. Er wird von der Wissenschaftlerin Eriko Kamata gerettet, die ihm Texhnolyze-Prothesen implantiert, eine fortschrittliche Technologie, die menschliche Körperteile durch biomechanische Implantate ersetzt. Diese Technologie spielt eine zentrale Rolle in der Geschichte, da sie nicht nur physische Fähigkeiten verbessert, sondern auch tiefgreifende ethische und soziale Fragen aufwirft.

Ran, ein junges Mädchen mit prophetischen Fähigkeiten, wird in die Konflikte der Stadt hineingezogen. Ihre Visionen deuten auf den bevorstehenden Untergang von Lux hin, was die verschiedenen Fraktionen dazu veranlasst, ihre Pläne zu beschleunigen. Ran entwickelt eine Verbindung zu Ichise, der zunehmend in die Machtkämpfe verwickelt wird und versucht, seinen Platz in der chaotischen Welt zu finden.

Die Handlung wird durch die Ankunft einer mysteriösen Figur namens Yoshii, einem Außenstehenden, der sich für die Texhnolyze-Technologie interessiert, weiter kompliziert. Yoshii manipuliert die bestehenden Konflikte, um seine eigenen Ziele zu erreichen, und trägt so zur Eskalation der Gewalt bei. Die Spannungen zwischen den Fraktionen gipfeln in einem offenen Krieg, während die Stadt selbst langsam in den Abgrund zu stürzen scheint.

Im Verlauf der Serie werden die Charaktere mit existenziellen Fragen konfrontiert, während die Grenzen zwischen Mensch und Maschine, Hoffnung und Verzweiflung, sowie Ordnung und Chaos verschwimmen. Die Handlung entwickelt sich zu einer düsteren und philosophischen Erzählung über den Niedergang einer Gesellschaft und die Suche nach Bedeutung in einer scheinbar sinnlosen Welt.