Dans un monde où la paix est régulièrement menacée par un mystérieux train noir et des monstres géants, l'organisation secrète SUEI (Shinkansen Ultra Evolution Institute) met au point les Shinkalion, de puissants robots capables de se transformer à partir de véritables trains à grande vitesse japonais (Shinkansen). Seuls quelques enfants « élus » sont capables de synchroniser leurs capacités avec ces machines et d'en devenir les pilotes. Parmi eux se trouve Hayato Hayasugi, un jeune passionné de trains qui, avec ses camarades, doit collaborer avec les membres du SUEI pour repousser ces redoutables ennemis et protéger la sécurité ainsi que la paix du Japon.