История аниме «Алхимическое оружие» начинается с того, что студент старшей школы Казуки Муто однажды ночью погибает, защищая девушку от монстра… и тут же просыпается в своей постели, чтобы увериться, что это было всего лишь сон, и пошёл, как обычно, в школу. Однако всё только начинается. Уже после уроков он сталкивается нос к носу с учителем, который внезапно превращается в того самого змея и нападает на Кадзуки. Но девушка, которую он видел во сне, неожиданно появляется, уничтожает змея и объясняет Кадзуки, что на самом деле всё, что было вчера — не сон, Казуки был атакован и убит чудовищем. Однако она, испытывая чувство вины из-за произошедшего, воскресила его, вложив вместо сердца магический медальон Какуганэ — идеальный сплав, созданный при помощи алхимии, а змей — это гомункулус, этой же алхимией созданный.
Какуганэ, по словам Токико, некое алхимическое устройство, которое, будучи активированным, принимает особый вид, зависящий от того, кто его использует, формируя таким образом уникальную Бусо Ренкин (боевую алхимию). Бусо Ренкин — единственное, что может уничтожить гомункула.
Сама Токико — боевой алхимик, чья жизнь — бой с гомункулусами, которые пожирают людей. Она предлагает Кадзуки выбор: остаться жить как все, быть обычным школьником, либо вступить на путь бесконечных сражений, чтобы защищать людей. И Токико настоятельно советует Кадзуки выбрать первый путь.
Однако Кадзуки выбирает второй путь, придя на помощь Токико в критический момент, когда она уничтожала экспериментальную фабрику по производству гомункулусов, и попала в засаду. Используя Какуганэ, Казуки создаёт свою Бусо Ренкин — «Сердце солнечного света», внушительного вида копьё. Вместе с Токико, владеющей Бусо Ренкин под названием «Юбка валькирии» (смертоносная коса), Казуки вступает в войну против гомункулов и их хозяина.
И теперь его путь — битва бок о бок с Токико. Ему предстоит встретить своих новых друзей и новых врагов — капитана Браво, зловещего Папиона (бабочку), организацию L.X.E., могущественного Виктора, а также пройти множество удивительных приключений, чтобы найти себя, свою силу и свою любовь.