"Arpeggio of Blue Steel - Ars Nova" spielt in einer dystopischen Zukunft, in der die Menschheit durch den Anstieg des Meeresspiegels und die Blockade der Ozeane durch die mysteriösen "Fleet of Fog" an den Rand des Zusammenbruchs gedrängt wurde. Diese Flotte besteht aus hochtechnologischen Kriegsschiffen, die von künstlichen Intelligenzen gesteuert werden und die menschliche Schifffahrt nahezu vollständig unterbinden. Die Menschheit hat keine Möglichkeit, gegen diese überlegenen Gegner anzukämpfen, da ihre Waffen wirkungslos sind.

Im Zentrum der Handlung steht Gunzō Chihaya, ein junger Marinekadett, der zufällig das Kommando über das U-Boot I-401, auch bekannt als "Iona", übernimmt. Iona ist ein Schiff der Fleet of Fog, das jedoch von seiner ursprünglichen Mission abgewichen ist und nun unter menschlicher Kontrolle steht. Sie wird von einer Mental Model namens Iona gesteuert, einer humanoiden Repräsentation der Schiffskünstlichen Intelligenz, die über menschliche Emotionen und einen eigenen Willen verfügt. Zusammen mit einer kleinen Crew, darunter der taktische Offizier Kōta Hirano und die Waffenexpertin Shizuka Hazumi, begibt sich Gunzō auf eine Mission, um die Blockade der Fleet of Fog zu durchbrechen und die Menschheit zu retten.

Die Serie folgt den Bemühungen der Crew der I-401, andere Schiffe der Fleet of Fog zu besiegen oder zu überzeugen, sich ihrer Sache anzuschließen. Dabei treffen sie auf weitere Mental Models wie Takao, Hyūga und Kirishima, die jeweils ihre eigenen Motive und Persönlichkeiten besitzen. Die Interaktionen zwischen den menschlichen Charakteren und den Mental Models werfen Fragen über die Natur von Bewusstsein, Loyalität und Koexistenz auf. Die Handlung entwickelt sich durch eine Mischung aus strategischen Seeschlachten, politischen Intrigen und persönlichen Konflikten.

Ein zentrales Thema ist die Beziehung zwischen Mensch und Maschine, insbesondere die Entwicklung von Ionas Verständnis für menschliche Emotionen und ihre zunehmende Bindung an Gunzō und die Crew. Gleichzeitig wird die Bedrohung durch die übermächtige Fleet of Fog immer präsenter, insbesondere durch die Anwesenheit der mächtigen Schlachtschiffe Yamato und Musashi, die als Antagonisten fungieren und die ultimative Herausforderung für die I-401 darstellen.

Die Serie kombiniert militärische Strategie, Science-Fiction-Elemente und charakterbezogene Entwicklungen, um eine vielschichtige Erzählung zu schaffen, die sowohl actionreiche Szenen als auch nachdenkliche Momente bietet. Die Handlung bleibt dabei eng auf die zentralen Konflikte und die Beziehungen zwischen den Charakteren fokussiert, während sie gleichzeitig die größeren Fragen der Menschheit im Angesicht einer technologischen Übermacht thematisiert.