Full Metal Panic! - Mithril, sebuah lembaga militer rahasia menggunakan... teknologi seni untuk memerangi operasi teroris, sebagai tim khusus untuk misi sensitif. Di bawah komando atasan, Melissa Mao, sersan Sousuke Sagara dan Kurz Weber harus secara diam-diam melindungi Kaname Chidori - seorang gadis remaja yang secara tidak sadar memegang terobosan pengetahuan ilmiah dan dianggap sebagai "sesat" - dari badan intelijen dan organisasi lain yang mengejar kemampuannya. Sementara Kurz dan Melissa membantunya dari jarak jauh Sousuke masuk ke SMA Kaname sebagai salah satu teman sekelasnya untuk mengawasinya. Namun, pendidikan militisnya dan kemampuan sosialnya yang buruk menyebabkan penyesuaian yang sulit bagi kehidupan sipil. Bukan hanya menarik perhatian, tapi tindakannya sering membuat Kaname curiga padanya. Meskipun upaya sungguh-sungguh untuk memenuhi tugasnya, penyergapan teroris lebih lanjut mempersulit tugas Sousuke. Mengenali dalang dari penyerangan itu, Sousuke meninggalkan perintahnya untuk memastikan keselamatan Kaname.