„Eureka Seven AO” to historia rozgrywająca się na odizolowanej wyspie Iwado na Okinawie, gdzie nasila się ruch dążący do autonomii. Głównym bohaterem jest 12-letni Ao Fukai, który mieszka na wyspie z pewnym starym lekarzem o imieniu Toshio. Matka Ao została uprowadzona dziesięć lat temu. Ao ma zamiłowanie do ochrony swojej wyspy, co prowadzi do uruchomienia tajemniczej jednostki wojskowej zwanej „Nirvash”. Posiada ona moc do walki z zagadkowym bytem o nazwie „Secret”, który niespodziewanie zaatakuje na wyspie.