Clasu Valca từ thế giới của Prester, nơi mà cậu và người bạn thân lâu năm Lavie Head sống và làm việc như phát thư viên trên bầu trời. Họ cùng nhau mơ về 1 ngày sẽ thực hiện 1 sứ mệnh mà cha của họ đã không thể hoàn thành được - đó là bay xuyên qua 1 nơi nguy hiểm trải dài nổi tiếng được biết đến với cái tên Grand Stream.
Theo truyền thuyết trong thời kỳ cổ đại xa xưa - khoảng 2000 năm trước Công Nguyên - khi loài người còn hoang sơ man dại, có một chủng tộc người ba mắt không biết xuất hiện từ đâu trên trái đất. Nền văn minh của họ thật rực rỡ, đạt được những thành tự khoa học kỹ thuật đáng kinh ngạc, thậm chí những phát minh của họ được người thời nay xem là huyền thoại. Bỗng, một ngày nọ, chủng tộc người ba mắt đột ngột biến mất, cũng kỳ lạ như khi họ xuất hiện. Chỉ còn để lại một số di tích đến tận ngày nay.
Câu chuyện diến ra vào năm 2045, khi AI đã tiến bộ và bất kỳ ai cũng có thể du hành vào không gian. Những đứa trẻ được sinh ra trên mặt trăng và những đứa trẻ đến từ Trái đất đang trong chuyến du hành vào vũ trụ và gặp nhau tại trạm vũ trụ do Nhật Bản xây dựng, "Anshin".
Hai năm sau ngày diễn ra sự cố, Aiko Tachibana – 15 tuổi – người đã mất gia đình trong sự kiện “Burst” đã khám phá được những điều bí ẩn từ bạn học cùng lớp mới của cô Yuya Kanzaki. Bí ẩn đó nằm sâu trong thể cô và để giải quyết được vấn đề của cô cần phải thâm nhập vào “Lõi Chính” – trung tâm của Burst.
Cốt truyện của Atom The Beginning diễn ra tại Nhật Bản sau một cuộc đại tai vạ. Trong thời điểm hoang tàn đó, có 2 thiên tài luôn mơ về tương lai, đó chính là Umatarou Tenma và Hiroshi Ochanomizu. Cả hai đã làm việc ngày đêm trong phòng nghiên cứu robot - Tenma tạo ra "thần" và Ochanomizu tạo ra "người bạn".