In der Vergangenheit tauchte plötzlich ein mysteriöser Feind namens Unknown auf. Um dieser Bedrohung entgegenzuwirken, entwickelte die Evolutionäre Eisenbahnentwicklungsbehörde, auch ERDA genannt, den Shinkalion, einen Roboter, der sich aus einem Hochgeschwindigkeitszug verwandelt. Taisei Onari, ein Schüler der zweiten Klasse der Mittelschule, wechselt an die Shinkai Gakuen, um nach Hinweisen auf seine ältere Schwester zu suchen, die vor zwei Jahren verschwunden ist. Kurz nach seiner Ankunft taucht der Unknown zum ersten Mal seit einem Jahrzehnt wieder auf. Dabei wird entdeckt, dass Taisei eine außergewöhnlich hohe Eignung als Shinkalion-Pilot besitzt, was ihn zwingt, sich für den Kampf zu entscheiden.

Zur Hauptbesetzung der Piloten gehören Taisei, der die E5 Hayabusa-Einheit steuert, und seine Freunde an der Akademie. Akane Folden, ein cooler und selbstbewusster Junge mit einem französischen Vater und einer japanischen Mutter, pilotiert die E6 Komachi, hat sich jedoch aufgrund einer Verletzung von einer vielversprechenden Sportkarriere zurückgezogen. Ryota Kuzuryu, der den Shinkalion bewundert, nachdem er als Kind von einem gerettet wurde, pilotiert die E7 Kagayaki und wird Taiseis erster Freund. Weitere wichtige Piloten sind Ten Uotora, ein genialer Erstklässler, der als genialer Fahrer bekannt ist und die N700S Nozomi steuert, sowie Shion Goryokaku, ein ruhiger Kampfkünstler, der die H5 Hayabusa pilotiert. Sie werden unterstützt von Bina, einer hochausdrucksstarken Navigations-KI, die von Taiseis Schwester erschaffen wurde, und Mai Oume, einer Managerin, die Ingenieurin werden möchte. Zum ERDA-Personal gehören Kommandant Kadomichi Takanawa, Forscher Agano Tsugawa und die Einsatzzentrums-Operatoren Sorachi Iwamizawa und Miyoshi Ochiai.

Die Geschichte folgt dem Wachstum und der Entschlossenheit der Jungen, während sie ihre Shinkalion-Einheiten steuern, um die wahre Identität und den Zweck des Unknown sowie die Wahrheit hinter dem Verschwinden von Taiseis Schwester Ina aufzudecken.