1999年，墜落地球的巨大隕石奪去了整個海洋。與此同時，地球外生物WORM亦開始在世界各地繁殖。為了對抗在一瞬間支配了廣泛地區的WORM，人類成立了對WORM組織ZECT。ZECT開發出幪面超人系統，投入戰場與WORM展開激戰，時間就在這場戰爭中渡過了七年。　　2006年，在這個沙漠化的地球上，部分ZECT的成員因為不滿組織的束縛而結成獨立團體NEO ZECT，而ZECT亦開始對這群背叛者進行肅...

接續前作“哥吉拉X機械哥吉拉”的故事，一年前與哥吉拉（Godzilla）的決戰，機龍（機械哥吉拉Mechagodzilla）受損程度37%，失去了右腕及終極武器-絕對零度炮。 維修組員中條義人在八王子基地負責修復機龍的工作。某日中條在他叔叔信一的別墅家渡假時，嬰兒島的小美人精靈竟然出現在他們眼前。小美人給他們一個忠告：人類用哥吉拉骸骨製造出機龍是個嚴重的錯誤，如果出動機龍，摩斯拉就會變成人類的敵人...