Elfen Lied mostra uma evolução da humanidade, os Diclonius. São humanos normais, porém que nasceram com chifres e uma habilidade especial, chamada de Vectors. Por causa desse chifre, diferente para as outras pessoas, são excluídos, sofrendo forte preconceito, até mesmo de seus pais. Por causa de tanto sofrimento, aprendem a usar os seus Vectors, matando todos aqueles que se aproximam, quando ainda são crianças. A criança Diclonius pára de se importar com as pessoas, e vê o assassinato como meio de sobrevivência, às vezes até tendo prazer brincando com suas presas pouco antes de matá-las.
A história começa com a fuga de Lucy, uma Diclonius poderosa, de uma ilha, um centro de pesquisas, fortemente protegido por gente armada, com uma instalação científica enorme. Ela escapa enquanto mata todos no seu caminho, usando os Vectors para ataque e defesa. Um franco atirador tenta matá-la, porém a bala bate no capacete que ela usa, a derrubando no mar.
Kouta chega numa praia com a sua prima, Yuka, que ele tinha ficado de se encontrar, para lembrar o passado entre os dois. O objetivo dele é estudar na universidade, tomando conta de uma antiga pensão, já fechada, sua nova moradia. Na praia, encontra uma garota nua e desacordada, que só sabe falar uma coisa: Nyuu. Ela é Lucy, que perdeu a sua memória. Ela é apelidada de Nyuu, e mora na mesma casa que Kouta.
O pessoal que trabalha no laboratório está desesperado atrás de Lucy, e enviam assassinos profissionais e outras Diclonius atrás dela. A história se desenvolve de um modo muito complexo depois de muitas reviravoltas.
