Fabuła Yu☆Gi☆Oh! Zexal rozgrywa się w futurystycznym świecie Heartland, mieście, w którym pojedynki kart przekształciły się w spektakularną rozrywkę z użyciem najnowszych technologii holograficznych. Głównym bohaterem jest Yuma Tsukumo, energiczny i optymistyczny nastolatek, którego ciekawość prowadzi do nieoczekiwanej przygody: spotkania z tajemniczą istotą o imieniu Astral. Choć Astral stracił większość wspomnień, posiada rozległą wiedzę dotyczącą legendarnej talii „Number” – potężnych kart, które mają zdolność wpływania na ludzkie umysły. Yuma i Astral szybko zawierają sojusz, wyruszając na ekscytującą misję odzyskania utraconych kart oraz odkrycia ich pochodzenia.
W pełnych napięcia, dynamicznych pojedynkach karcianych, bohater musi stawić czoła przeciwnikom wykorzystującym niezwykle potężne karty „Number”, a jednocześnie stale rozwijać własne umiejętności, z pomocą Astrala i innych wiernych przyjaciół. Yu☆Gi☆Oh! Zexal oferuje mieszankę akcji, humorystycznych momentów oraz motywacji do pokonywania własnych ograniczeń i wiary we własne siły.
