时值2007年的秋天，北原春希（水岛大宙 配音）是一位就读于峰城大学附属学园的平凡高中三年级学生，为了替自己的高中生活划下完美的句号，春希加入了轻音乐同好社团。可是，惨淡的经营让这个本就默默无闻的社团几近崩溃，春希的美好愿望眼看着就要破灭。 一次偶然中，正在独自弹奏吉他的春希突然听到一段美妙的歌声，追寻着这声音，一个名叫小木曽雪菜（米泽円 配音）的女生出现在了春希的面前。雪菜是学校里的偶像人物，之后，雪菜经由春希的邀请加入了轻音部。紧接着加入的是能够弹奏一手好钢琴的女生冬马和纱（生天目仁美 配音），和纱的叛逆和不羁人尽皆知，可即便如此，春希还是热忱地邀请了和纱“入伙”。
故事发生在遥远的未来，肆虐的异生兽给人类的安全带来了巨大的困扰，为了抵挡异兽的进攻，日本政府成立了防卫组织TLT，其中，夜袭队拥有着最强大的实力和最强劲的武器，是整个组织内部的中坚力量。 然而，面对经过了进化的新型异生兽，夜袭队亦束手无策，在这个节骨眼上，光之巨人奈克瑟斯奥特曼和它的适能者姫矢准（桐岛优介 饰）出现了。在奈克瑟斯奥特曼创造出的美塔领域中，奥特曼和异兽之间展开了激烈的斗争。孤门一辉（川久保拓司 饰）是TLT里的新进成员，当他目睹了奈克瑟斯奥特曼强大的力量后，开始对奥特曼的起源和姬矢准的神秘过往产生了兴趣。
早在远古时代，人类祖先刚出现于地球上没多久，坎贝尔星人奥蕾阿娜和大将军加鲁达便率军来到地球，正当他们准备支配控制地球之际，漫长的冰河时期来临了，他们只得潜入地下静候时机。 时间一转眼过去了三千多年，地球科学家南原猛博士在调查世界各地古代遗迹的过程中意外的发现了坎贝尔星人的足迹，并得知了他们妄图侵占地球的阴谋；为了应对随时可能到来的危机，他在国联协助创建的南原研究所中设计制造了超电磁机器人孔巴特拉V，挑选了五位青少年成为其驾驶员：自幼丧失双亲，在孤儿院“太阳学园”长大的暴走族——狂热机车爱好者葵豹马、奥运会射击鬼才浪花十三、九州阿苏地区出身的巨汉——柔道高手西川大作、自己的孙女南原千鹤以及IQ高达200以上的9岁天才小学生北小介；终于苏醒的奥蕾阿娜再次命加鲁达展开了对地球的侵攻行动，孔巴特拉V与坎贝尔星人奴隶兽、熔岩兽漫长而艰苦卓绝的死斗开始了…… 本剧与长浜忠夫监督随后的《超电磁侠波鲁吉斯V》及《斗将戴莫斯》一起被合称为“长浜忠夫三部曲”，开创了日本机器人动画史上“合理合体”式超级机器人的先驱，而五机合体的设定构思也对后来的机器人动画及超级战队模式的特摄作品产生了极其深远的影响。
