《翼神世音 多元变奏曲》讲述了来自异次元的MU占领东京后，将整座城市封锁在巨大的防护壁内，并欺骗城中的居民，声称东京之外的世界已经毁灭，他们是地球上仅存的人类。与此同时，防护壁外的反MU组织“TERRA”逐渐壮大。
一天，东京与MU爆发激烈交火，平凡少年神名绫人（下野紘 配音）意外进入位于东京湾的地下神殿，并在那里发现了巨型机器人“Rahxephon”。在神秘女子紫东遥（久川绫 配音）的引导下，绫人离开东京，来到防护壁之外，加入了TERRA，也结识了名为如月久远（桑岛法子 配音）的女子。
当MU向TERRA发动进攻，组织的存亡陷入危急之际，绫人再次驾驶Rahxephon出战，并成为拯救TERRA的关键人物。
