Résumé : 2172, cinq ans après les événements de Zone of the Enders: Idolo. Un transporteur spatial, James Links, est impatient de retourner vers la Terre pour retrouver ses enfants Leon et Noëlle Links. En cours de route, il découvre Dolores, un Orbital Frame doté d'une IA très évoluée et d'un caractère enfantin. Mais quand des inspecteurs sont assassinés à bord de son vaisseau, James est aussitôt désigné comme seul coupable et pourchassé par les forces de l'ordre.

Sa fille et son fils, Noëlle et Léon, sont également poursuivis pour leur lien de parenté. S'ensuit une folle course-poursuite entre la famille Links et les autorités terrestres, puis martiennes. Après tout, Dolores ne doit pas tomber entre de mauvaises mains, car elle détient une partie du mystère sur la femme de James, le docteur Rachel Links.