Действие фильма происходит в 2036 году, через 20 лет, после того, как радиоактивное загрязнение от аварии на ядерном объекте превратила центральную часть Японии в радиоактивную пустыню. Благодаря генной инженерии появились люди, которые были непроницаемы для радиоактивности начиная с рождения. Они являются членами нового отряда специального назначения «Коппелион». Трех школьниц, состоящих в этом отряде, послали в мертвый город — Токио для того, чтобы найти выживших и выяснить, что послужило главной причиной произошедшей двадцать лет назад катастрофы.
Название сериала образовано от имени Коппелии, ожившей куклы, героини одноименного французского комического балета.
Работу над аниме планировалось начать в 2010 году, но проект был приостановлен из-за Восточно-Японского землетрясения и аварии на АЭС Фукусима — фактически, как в сюжете сериала.