近未来の東京。高校二年生の天城ヒカリは、学校帰りの地下鉄で突然、地下から現れた怪物「震魔」に遭遇する。逃げ遅れた少女を助けようとした瞬間、祖母から受け継いだ赤い石「震核」が覚醒。ヒカリは赤の戦士へ変身し、震魔を倒す。そこで青の震核を持つ神崎レイナから、東京地下には無数の震魔が潜み、大震魔王ガランが七本の「震源杭」を起動して人工的な大地震を発生させようとしていると知らされる。 地下震災対策研究所の御厨サヤカのもと、ヒカリとレイナは戦いを開始する。やがて黄色の震核を持つ東雲ミオ、緑の震核を持つ白峰ユナ、紫の震核を持つ九条アヤメが加わり、五人の美少女戦士がそろう。ユナと行動する震魔クロは人間を襲わず、震魔にもそれぞれ意思があることが判明する。一方、ガラン配下のヴェラ、バルグ、ゼグナらとの戦いを通じ、ヒカリたちは震源杭の起動を次々と阻止していく。 しかし、戦いの中で意外な真実が明らかになる。ガランの目的は単なる東京壊滅ではなかった。東京のさらに深い地下には、巨大地震そのものともいえる存在「震皇」が封じられており、ガランはその覚醒を防ぐ「門番」だったのである。さらに地下遺跡には、千年以上にわたって震核を受け継いできた少女たちの墓が残されていた。ヒカリたちは初代戦士ヒナの記憶に触れ、過去の震核戦士たちがガランと共に戦っていたことを知る。 第七震源杭に到達した五人は、震皇を再び眠らせようとする。しかし震皇は黒髪の少女の姿で現れ、自分は東京を破壊したいのではなく、さらに地下に眠る何者かを封じ続けているのだと告白する。ヒカリは彼女を単なる敵とは考えず、仲間とともに震皇の内部へ入る。 そこで待っていたのは、自らを地球の「最初の住人」と名乗る古代生命体だった。彼らは人類誕生以前に地上で文明を築いていたが、宇宙から来た「天環」に敗れ、地下へ封じられたという。震皇もガランも、実は天環によって彼らを管理するために作られた存在だった。 五人の震核は戦いの中で砕けてしまう。だが震核とは単なる石ではなく、誰かを守ろうとする意思を力へ変える「器」にすぎなかった。ヒカリたちは自らが新たな震核となり、再び五色の力を取り戻す。そして震皇に「ナギ」という名前を与え、最初の住人を再び永遠に閉じ込めるのではなく、人間と共存できる者だけが地上と地下を行き来できる新しい門を作ろうとする。 そこへ天環が出現する。天環は一定以上に発達した文明を危険と判断し、惑星から消去する「管理者」だった。人類もまた浄化対象とされ、東京上空には巨大な天環管理艦が現れる。浄化開始まで一時間。ヒカリたちはガラン、ナギ、クロ、さらにかつて敵だった最初の住人たちと共闘し、地上へ戻る。 七本の震源杭を逆利用して高度二万メートルまで打ち上げられた五人は、天環の統括個体と激突する。相手は五人の戦闘能力を解析し、技までコピーするが、ヒカリたちは武器を交換するという予測不能な戦法で対抗。天環母体へ突入し、浄化開始直前に巨大な浄化核を破壊する。 ところが崩壊した母体の無数の破片が東京へ降り注ぐ。五人だけでなく、ガラン、ナギ、最初の住人、さらに人間の航空部隊までが協力し、最後の巨大破片を東京湾へ落とすことに成功。東京は傷つきながらも壊滅を免れる。 戦いの後、人間と最初の住人は恐る恐る対話を始める。ヒカリたちの震核は消え、普通の高校生へ戻ったかに見えた。しかし五人の胸には再び赤、青、黄、緑、紫の光が灯る。石ではなく、彼女たち自身が震核となったのだ。 そして月の向こうでは、地球管理艦を失った天環本体が動き始めていた。それでもヒカリたちは笑いながら東京の日常へ帰っていく。人間も震魔も最初の住人も共に生きる新しい未来を守るため、五つの光――「震都の少女たち」の戦いは、これからも続いていく。