２０２７年、第四次非核大戦終戦から一年、戦禍の爪痕癒えぬニューポートシティで自走地雷を使った爆殺事件と、兵器売買における収賄容疑の掛った軍人が銃殺される事件があった。 雨烟る中、その軍人の電脳を求め墓地を暴く公安の荒巻大輔。 そしてその背中に冷たい銃口を向けたのは、殺された上官の容疑を晴らそうと動く陸軍義体化部隊『５０１機関』に所属する超ウィザード級ハッカーにして全身義体のサイボーグ、草薙素子だった。 だがこの事件を追いかけているのは草薙だけではなかった。 彼女を爆殺事件の犯人と疑い付け狙う『眠らない眼』を持つ男、バトー。 銃殺事件と娼婦殺人事件の共通項を捜査する新浜県警の刑事トグサ。 そして『５０１機関』のクルツ中佐とサイボーグエージェントたちが草薙の動向を注視していた。 彼らが追い求めるものは、目の前の「事実」と失われた「真実」とが交錯する電脳社会の混沌に身を潜める。自身の未来と掲げた理想のために草薙の本能が今、起動(アライズ)する。
５０１機関から独立を果たし軍内部での自由を得た草薙素子。しかし自立を後押しした公安９課の荒巻からの誘いを断り、自身の部隊の結成を考えていた。そのさなか、何者かによるロジコマへのハッキングが発生する。 荒巻の要請で調査のためにロジコマをラボまで移送する草薙だったが、突然、武装集団に襲撃に遭う。そこには「眠らない眼」を持つ元レンジャーのバトーとボーマ、元陸軍情報部のイシカワの姿があった。 彼らは難民虐殺の罪で犯罪者として法廷に立たされている混成７８部隊の元上官ソガ・カズヤ大佐の無実を証明するために特殊軍事モジュールで電子的作戦を進めていた。だがそれに干渉できる並列解除コードの複製がロジコマに隠されたことを掴みロジコマの破壊を狙う。 それを草薙に伝えたのは米軍情報部エージェントのヴィヴィーだった。草薙は、ヴィヴィーとともに陸軍警察のパズ、海兵隊のエーススナイパーのサイトーをスカウトし反撃に出る。
恋人の義体技師ホセと逢瀬を交わす草薙素子の元に仲間となったバトーから西ノ内のビルで起きた爆弾テロの急報が届く。 現場に急行し制圧するとテロリストたちはファイア・スターターと噂される超ウィザード級ハッカーにより偽の記憶が植え付けられ、更に主犯のカルディス人の胸にはかつてクザン共和国で起きたカルディス人独立戦争の英雄“スクラサス”のシンボルマークであるティアドロップ・ダガーの刺青が刻まれていた。それを見た素子は「スクラサスは戦争中に死んだはず」と断言する。 同じ頃、山の手のダムで起きた爆発でひとりの刑事が殺されていた。 その所持品には“人魚の脚（MERMAID’S LEGS）”という店名の名刺と、“エアリアル”というタグのついた義体の脚部が遺されていた。事件を捜査する新浜県警の刑事トグサは、クザン共和国水企業の代表者サイードにたどり着く。 会議場の爆発物はなにか？ ファイア・スターターの正体とは？ ふたつの事件が交錯するとき、蘇ったスクラサスの狙いが明らかになる――。
戦後復興の兆しある2028年冬のニューポートシティ――。 国外カルテルの利権を巡る水の価格協定への抗議デモを見守る、草薙素子少佐率いる独立攻性部隊の姿があった。その目の前で警備の機動隊による無差別発砲事件が突如発生。それら前代未聞の同時ゴーストハックは電脳ウィルス“ファイア・スターター”が引き金となったものだった。草薙は感染源であるサイードを特定、事件鎮圧のために銃撃する。その最中、草薙の電脳に“枝”をつけた何者かがいた。バトーたちが対象人物の元へと急行すると、そこには全身義体の少女ツダ・エマの姿があった――。陸軍情報部ホヅミ大佐が申し出たエマの引取りを拒絶した荒巻の指示で彼女を護送・調査する草薙は、エマのゴーストへのダイブを敢行。そこには“ブリキの少女”エマと“カカシの男”ブリンダジュニア、ふたつのゴーストが存在した。彼らが目指すものは何なのか。陰謀渦巻くダブルゴーストの真相に草薙が迫る――。
2029年1月。ニューポートシティ郊外で航空機爆破テロが発生し、荒巻率いる公安９課は米軍情報部から共同捜査の要請を受ける。 事件の容疑者として挙げられたのは疑似記憶を植え付ける電脳ウィルス「ファイア・スターター」のブローカーとされる、通称“パイロマニア（放火魔）”。 ホヅミ大佐を殺害するためにカルテルから派遣され、自身を追跡していた米軍情報部員を航空機ごと爆破テロによって殺害したとされる。 草薙はホヅミ大佐の身柄を餌に、パイロマニア捕獲の為、包囲網を敷くが――。