2020年，网络对于如今人们的生活而言已经是不可或缺的一部分。但是，人类所不知道的是，在网络的另一面有着一个无限的世界——数码世界，以及居住在其中的数码兽……以首都圈为中心发生了大规模网络故障，乱闪的信号灯、乱码的室外屏幕……新闻上报道是网络恐怖袭击。故事的主人公是住在东京近郊高层公寓的小学五年级生八神太一。为了准备周末的夏令营而一个人留在家中，去涩谷的母亲和妹妹八神光乘上了一辆无法停止的电车。为了救母亲和妹妹，太一急忙赶往涩谷，当他前往车站月台的瞬间发生了不可思议的现象，太一去了数码世界！孩子们与搭档数码兽相遇，一同面对未知的“冒险”！
在科技发达的未来，网络上流传着一种真假不明、被称为“全息幽灵”的奇怪现象。初中一年级的天之河宙因为启动了父亲留下的被称为“数码暴龙机”的神秘设备，开始能看到大家看不见的未知生物“数码宝贝”。父亲将一只顽皮的数码宝贝“伽马兽”托付给宙，自那天起，宙便被卷入了各种奇怪的事件之中……
在人类的心理状态和性格倾向都能被数值化的未来。所有的感情、欲望、社会病态心理倾向等全部被记录并管理，大众以“好的人生”作为目标，竭力于数值性地实现它。所有的监控摄像头都已经被升级和联网到一体，通过监视人类的色相浑浊程度和声音、视频等信息用来计算人类的每个心理状态和个性倾向所衡量的值，通称：（即片名：心理测量者PSYCHO-PASS），它被用作判定人们的思想应有PSYCHO-PASS状态、个人精神本身。通过计算这些数值，系统可以自主断定一个人最理想的工作，感情，心理压力，甚至犯罪意图。因此，为让大众达到“理想的人生”这个指标，人们实现这些数值就变得非常积极。然而，有关犯罪的数值，也就是“犯罪指数”也会被测量，当然犯罪者亦是如此。因此，人们需要不断地保证自己的指数在正常范围，否则会被系统认为是潜在犯，将会被"矫正"。而同在监视下维持治安的工作的刑警被分为抓捕犯人们的行动部队“执行官”、以及监视指挥执行官们的“监视官”一起合作执行任务。优秀的“执行官”自身就有着相当高的犯罪系数，从矫正设施挑选出来除了当执行官别无其他选择，但正是因为这样才能够接近犯罪根源。因为“执行官”也有着可能孕育成犯罪者的危险倾向，所以就需要对搜查行动有着冷静的判断力的精英“监视官”来监视。安全局刑事课第一分队的成员各怀想法，虽然发现自己的所作所为常常会与真正的正义相悖却不得不在监视下继续执行任务。同时在处理案件时正在一步步地发觉和探索管理人类这些数值的系统——Sibyl System的真面目。他们所面临的彼岸将会有着什么？
