Elfen Lied comienza con una escena donde el personaje principal es una chica con cuernos atada y desnuda, con un casco de metal. Llamada con un nombre en clave "Lucy" es una Diclonius. Diclonius significa "dos cuernos" y es una mutación humana que desde la infancia expermienta la ira asesina, destruyendo cualquier ser que se le ponga en el camino, ellos tienen el poder de contagiar su virus y hacer que los humanos tengan hijos "Diclonius" con solo tocarlos con sus "vectores" (brazos telekineticos invisibles). Lucy logra escapar del laboratorio gracias a sus vectores, destrozando a los guardias en pedazos, una escena muy sangrienta, pero cuando escapa del laboratorio, es herida con un rifle anti-tanque en la cabeza y cae herida al mar. La historia vira en lo que parece ser una serie de adolescentes y romance. Kouta y Yuka son unos primos que se reencuentran por primera vez desde su niñez en un pueblo de la costa vistoso dónde ellos dos piensan ir a la universidad.

La historia continúa cuando, Kohta y Yuka encuentran a Lucy en la playa, ella resulta ser un muy dulce y torpe, le integra mucha comedia con sus payasadas y hasta un poco de drama porque ella no entiende lo que es la ropa o el baño. En lugar de hablar, emite el sonido de un gato, que ellos nombran "Nyu" la unica palabra de su vocabulario, viven en la casa, el inmenso restaurante cerrado en que la familia de Yuka ha instalado a Kohta como conserje. Cuando la policía aparece, buscando a Lucy, comunicando que es una persona perdida que necesita volver con su familia, Kohta niega saber algo sobre ella protegiendola, aunque él tiene razones suficientes como para odiarla.

Entretanto, la organización que estaba sosteniendo y estaba experimentando en Lucy le envía soldados para matarla, liderado por Bandoh, un hombre rabioso entrenado en un programa de realidad virtual, mientras se pregunta, "¿Cual es el punto de disparar a blancos que no gritan o sangran?" "¡Yo estoy listo para personas reales!". También mandan a Nana (significa "siete"), otra Diclonius. Entretanto, Lucy vira entre su personalidad asesina, sin corazón y la personalidad de Nyu de niña dulce he inocente, mientras Kohta y Yuka, olvidados del peligro, exploran su pasado compartido y adoptan a una chica clandestina con una historia muy fea.