"Augmented Reality Girls Trinary" spielt in einer nahen Zukunft, in der Augmented Reality (AR) und virtuelle Technologien den Alltag der Menschen stark beeinflussen. Die Handlung dreht sich um eine Gruppe von Mädchen, die als "Trinary" bezeichnet werden und über besondere Fähigkeiten verfügen, um in der AR-Welt zu interagieren. Diese Mädchen sind in der Lage, virtuelle Wesen, sogenannte "Existers", zu bekämpfen, die eine Bedrohung für die reale Welt darstellen.

Die Protagonistinnen, Yū, Aina und Saki, sind Schülerinnen, die in ihrer Freizeit als Trinary agieren. Jede von ihnen besitzt einzigartige Fähigkeiten, die es ihnen ermöglichen, in der AR-Umgebung zu kämpfen und Probleme zu lösen. Yū ist die Anführerin der Gruppe und zeichnet sich durch ihre strategische Denkweise aus. Aina ist technisch versiert und für die technische Unterstützung zuständig, während Saki durch ihre körperliche Stärke und ihren Kampfgeist überzeugt.

Die Handlung entfaltet sich, als die Mädchen auf eine mysteriöse Bedrohung stoßen, die sowohl die reale als auch die virtuelle Welt gefährdet. Im Laufe der Serie müssen sie nicht nur gegen die Existers kämpfen, sondern auch die wahren Absichten hinter deren Erscheinen aufdecken. Dabei werden sie mit moralischen Dilemmata und persönlichen Herausforderungen konfrontiert, die ihre Freundschaft und ihren Zusammenhalt auf die Probe stellen.

Die Serie verbindet Action-Elemente mit einer Erkundung der Beziehung zwischen Mensch und Technologie. Die Charaktere entwickeln sich im Laufe der Geschichte weiter, während sie lernen, mit ihren Fähigkeiten und den Konsequenzen ihres Handelns umzugehen. Die Handlung bleibt dabei eng mit der AR-Technologie verknüpft, die sowohl als Werkzeug als auch als Bedrohung dient.