Yuma Tsukumo, um duelista amador decidido a se tornar Campeão apesar do estilo imprudente, desafia Ryouga, o maior encrenqueiro da escola, e o duelo acaba despertando Astral, um espírito sem memórias cujo passado foi espalhado pelo mundo em misteriosas cartas "Number". Obrigados a se ajudar, Yuma e Astral passam a caçá-las duelo após duelo, dominando o Xyz Summon, um novo método que empilha monstros do mesmo nível, e cada partida vira uma pista sobre quem Astral realmente é.