露恩·芭洛特是生活在马杜克市的未成年妓女。无依无靠的她被经营着赌场的野心家榭尔捡到之后，榭尔给予了芭洛特一切，虚假的出身，虚假的过去，虚假的现实，彻头彻尾的简直像要重新书写一个人的人格一样。 芭洛特学会了把自己的心封闭在壳里，渐渐的习惯了日复一日封闭自己的生活。芭洛特明知应该感激给予自己一切的榭尔，却又忍不住想知道自己是谁，一旦想起悲惨的过去，却只能感激现在的一切。
一次，芭洛特忍不住用计算机搜索自己的经历，这一次的过错，改变了她的人生，榭尔知道了她的举动之后，决定将她烧死。芭洛特在死亡线上挣扎了一圈之后终于保住性命。马杜克市事件的负责人博士和乌夫库克将她全身的皮肤用强化纤维再造，使她活了过来。然而她却不得不面临新的选择，马杜克市有一个法令，以保护人命为目的的紧急法令——马杜克紧急法令－09（MardockScramble-09）：使用法令禁止的科学技术所特别许可的特殊能力。 自己的存在价值，被追杀的原因，她将直面这一切残酷的事实。
在万能兵器犯罪搜查官乌夫库克博士（八岛智人 配音）的协助下，潜入奢华无比但凶险非常的赌场“乐园”的少女露恩·芭洛特（林原惠美 配音）经过连番赌局，终于挫败技术高潮的装甲艾许雷，在筹码上百万美金的赌局中获胜，并且成功拿到藏有榭尔（中井和哉 配音）记忆的筹码。可与此同时，鲍伊德（矶部勉 配音）紧追不舍，定要置露恩于死地。随着榭尔的记忆大白天下，一切丑恶到了决断的时刻……
《壳中少女》是根据冲方丁的同名小说三部曲《压缩》《燃烧》《排气》改编，2013年时冲方丁就以此小说一举获得第24回
日本SF大赏奖。原定曾担当过《Last Exile》人物设计的村田莲尔先生也将操刀担当《壳中少女》的设计。好莱坞还获得《壳中少女》电影改编权。
《壳中少女》动画版改编有着一个极其悲催的过程，原本
Gonzo准备将其打造成自己成立15周年的纪念作品，但最终因种种原因，这个企划被终止。而后2010年开始，为一雪Gonzo挖坑不填的前耻，GoHands才推出3部剧场版。内容描写的是一个关于未成年失足少女拯救自我的故事。
本作曾于2005年打算制作OAD动画，从那时开始，制作方便极力邀请已经退居二线的林原惠来担当主人公露恩·芭洛特这个角色，后来OAD计划夭折。5年之后又以剧场版形式复活，这时林原惠本想将角色让给年轻一代的声优们，不过因为制作方的坚持，林原终于久违地出演了第三部的主角。
主题曲由饰演主人公露恩·芭洛特的林原惠演唱，歌曲名为《翅膀》（つばさ）。这首《翅膀》是歌手本田美奈子在1994年发行的单曲，作为《壳中少女》系列的最终主题曲。《壳中少女》前两部的主题曲都是由本田美奈子演唱，而这最后一部，终于让粉丝们可以再听到林原惠的歌声。林原惠版的这首《翅膀》的单曲在剧场版公开上映的同一天（9月29日）发售。