《核爆默示录》的故事发生在近未来。曾经繁华喧闹的东京因核电站事故沦为一片死寂，被称作世界上最大的幽灵城市。即便如此，仍有幸存者滞留在这座废墟之中。20XX年，三名少女在没有任何防辐射装备的情况下踏入旧东京。她们分别是成濑荆（户松遥配音）、深作葵（花泽香菜配音）和野村妙子（明坂聪美配音），都是通过遗传基因改造诞生、天生拥有抗辐射能力的少女，统称为“COPPELION”。
在防卫大学附属特别工科学校教官三岛鬼兵陆佐（小山力也配音）的指挥下，三人承担起搜寻幸存者的任务。随着一次次前所未有的遭遇接踵而来，她们也在这片被灾难笼罩的土地上，逐渐面对内心的感受与变化。本片改编自井上智德的同名漫画，COPPELION少女们的姓氏取自日本著名导演，普通人的姓氏则源于日本文豪作家。
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