Lycoris Recoil przedstawia historię dwóch nastolatek — Chisato Nishikigi i Takiny Inoue, które są agentkami tajnej organizacji o nazwie „Lycoris”. Działając w ukryciu pod pozorem zwyczajnych licealistek, dziewczyny chronią Tokio, eliminując niebezpiecznych przestępców i terrorystów. Chisato, wyjątkowo uzdolniona, lecz pogodna i beztroska agentka, prowadzi kawiarnię „LycoReco”, będącą tajną filią agencji, gdzie wraz z surową i poważną Takiną wykonuje pozornie zwykłe czynności, jak podawanie deserów czy opieka nad dziećmi.
Główny konflikt wybucha, gdy spokój miasta zaczyna być zagrożony pojawieniem się terrorystycznej grupy prowadzonej przez szalonego Majimę. Wspólnie Chisato i Takina stawiają czoła zagrożeniom, równocześnie próbując sprostać wyznaczonym przez organizację oczekiwaniom. Lekka, pełna humoru atmosfera łączy się tutaj z dynamicznymi scenami akcji, eksponując emocjonalny rozwój bohaterek oraz ich wzajemne relacje na tle intrygującej, współczesnej scenerii Tokio.
