“9·11”以后，经历了与恐怖分子战争的各发达国家，选择牺牲个人自由空间而建立起严格的管理体制，以此与恐怖袭击对抗，恐怖活动被扫荡一空。另一方面，欠发达国家发生内战和大规模屠杀的数量急剧增强，世界渐渐被一分而二。克拉维斯大尉率领的军事情报特殊搜索群i分队是唯一负责暗杀的特种部队。为了维系战斗时的心理状态，他们接受了“感情适应调整”、“痛感屏蔽”等医疗措施，更可以在瞬间读懂暗杀对象的心理活动并做出应对。作为精锐部队，他和部下从事暗杀在世界各地引起纷争的祸首的任务。这时，有一个叫约翰·保罗的人出现在暗杀名单中。这个神秘的语言学者造访过的国家必然出现将陷入混乱的兆头，半年内一定会发生内战和虐杀。而约翰行踪不定，看起像是在世界各地传播虐杀的种子。克拉维斯等人开始在人们最后看到约翰的布拉格展开调查，试图从与约翰接触过的其前学生露西娅身上打开突破口。克拉维斯向露西娅询问关于约翰的情况时，被她的魅力深深吸引。而在与约翰正面对峙的瞬间，克拉维斯了解了有关“引发屠杀的器官”的真相。
2014年3月，富士电视深夜动画栏目“noitaminA”宣布启动《虐杀器官》剧场版动画企划，并定于2015年内上映，这是“noitaminA”为纪念栏目成立10周年而推出剧场版动画的企划的第二弹，同时官网公开了宣传PV；12月11日，该片在“noitaminA”播出的《心理测量者》第2季中首次公开含有动画镜头的PV。
2015年4月，公布了主人公克拉维斯·谢帕德的宣传图；7月23日，官网公布影片的制作人员及配音阵容，并发布了一段宣传片；9月11日，官网发布了特报视频；10月2日，受动画制作公司Manglobe破产影响，原定于11月13日上映的《虐杀器官》宣布延期，后由山本幸治的工作室“GENO STUDIO”接手该片制作。
2016年3月20日，在“
GENO STUDIO”接手制作后，该片首次曝光宣传片；6月10日，发布宣传图，并透露影片会于当年冬天上映；10月25日，该片在第29届东京国际动画节放映了影片片段；11月2日，该片宣布定档2017年2月3日；12月，发布电视特报。
“虐杀器官”到底是什么，这是牵扯观众观看该片的源动力，但是电影在语言学里来回折腾的讲述方式，以及伊藤计划惯于掉书袋的口吻，让观众的好奇心被逐渐冲淡，以至于既对电影要表达的终极关怀一知半解，又对整个电影叙事的过程不甚了然。该片尴尬的地方在于，它含混不清地把“虐杀器官”定位在大脑构造和语方逻辑之间，却又不言明到底哪个才是暴力事件的发动器。通篇下来，陈述较多的语言似乎占上风，但语言毕竟不是器官，大脑才是，至于触动大脑启动暴虐模式的，就是而且只能是语言了。这就是语言对人的行为的影响，从这个层面看，该片显出了相对于纯哲学思考的幼稚性。所以，它整体看来是割裂的，观众很难在电影的类型化和哲学化里寻求均衡点，尤其是片中穿插了包含大量术语的哲学式对话，这对于普通观众来说更是在加高门槛。（《看电影》评）