O personagem principal de Plastic Little é Tita Koshigaya Mu, uma jovem mulher que é capitã de um navio, o Cha-Cha Maru, cuja atividade é capturar criaturas exóticas do 'mar de nuvens do planeta Ietta, aparentemente, um gigante gasoso de algum tipo , e vendê-los a colecionadores e zoológicos.Por acaso, ela salva Elysse Aldomordish, uma jovem de sua idade, de uma facção das forças militares de Ietta, liderados pelo comandante Guizel , que já matou o pai cientista de Elysse. Como o militar realiza uma perseguição cruel contra Elysse, torna-se evidente que ela tem a chave de um segredo, que pode determinar o destino da independência de todo o planeta.