Ambientata nel futuro, nella città di Heartland, la storia si concentra su Yuma Tsukumo, un giovane duellante che mira a diventare il campione assoluto di Duel Monsters. Un giorno, durante un duello con Shark, il bullo della scuola, un misterioso spirito di nome Astral lo aiuta a vincere. Astral spiega a Yuma che sta cercando di recuperare la memoria perduta, trasformata nelle carte di 100 mostri Xyz chiamati Mostri Numero. I Mostri Numero hanno il potere di prendere il controllo del duellante che li usa e far emergere il suo lato oscuro. Per recuperare le 100 carte, Astral e Yuma fanno squadra.