"Clockwork Planet" spielt in einer dystopischen Zukunft, in der die Erde durch eine Katastrophe zerstört wurde und nur noch als ein mechanischer Planet, bestehend aus unzähligen Zahnrädern, existiert. Die Menschheit hat sich an diese neue Realität angepasst und lebt in Städten, die von komplexen Uhrwerkmechanismen angetrieben werden. Die Handlung beginnt mit Naoto Miura, einem jungen, begabten Techniker, der ein außergewöhnliches Gehör besitzt, das es ihm ermöglicht, selbst die kleinsten Fehler in mechanischen Systemen zu erkennen. Eines Tages stürzt ein mysteriöser humanoiden Roboter, RyuZU, in sein Leben. RyuZU ist eine der legendären "Initial-Y-Serie"-Automaten, die als die fortschrittlichsten und mächtigsten Maschinen ihrer Zeit gelten.

RyuZU wurde ursprünglich von Naotos Idol, dem genialen Ingenieur Y, erschaffen, aber aufgrund ihrer überwältigenden Kraft deaktiviert. Naoto gelingt es, sie zu reparieren und zu reaktivieren, wodurch er unwissentlich in einen Konflikt zwischen mächtigen Fraktionen gerät, die Kontrolle über die Technologie und die Zukunft des Planeten anstreben. Zusammen mit RyuZU, der jungen Politikerin Marie Bell Breguet und deren Leibwächterin, der Automatin AnchoR, begibt sich Naoto auf eine gefährliche Reise, um die Geheimnisse des Clockwork Planet zu enthüllen und die drohende Zerstörung der Welt zu verhindern.

Marie, die Erbin einer einflussreichen Familie, wird zur zentralen Figur in diesem Kampf, da sie über Kenntnisse verfügt, die für das Überleben der Menschheit entscheidend sind. AnchoR, ein weiterer Automat der Initial-Y-Serie, dient als ihr Beschützer und zeigt sowohl mechanische Präzision als auch emotionale Tiefe. Die Gruppe muss sich gegen feindliche Kräfte, korrupte Regierungen und die Bedrohung durch den Zusammenbruch des gesamten Uhrwerksystems behaupten, während sie gleichzeitig die Wahrheit über die Schöpfer des Clockwork Planet und die Rolle der Automaten in dieser Welt aufdeckt.

Die Serie verbindet Elemente von Science-Fiction, Action und Drama, wobei die Beziehungen zwischen Mensch und Maschine sowie die ethischen Fragen rund um künstliche Intelligenz und technologische Abhängigkeit im Mittelpunkt stehen. Die Charaktere entwickeln sich im Laufe der Handlung weiter, und ihre Interaktionen beleuchten Themen wie Vertrauen, Loyalität und die Suche nach Identität in einer von Technologie dominierten Welt.