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A história se passa em um futuro próximo em uma cidade chamada Heartland. Tsukumo Yuma é um jovem duelista que se esforça para se tornar o campeão Duel Monsters, apesar de ser um amador. Um dia, durante um duelo com um valentão da escola, um espírito misterioso chamado Astral aparece antes de Yuma, e ajuda-lo a vencer. Astral explica então a Yuma que ele está à procura de suas memórias perdidas, que foram transformados em 99 cartões "xyz monstro" chamado "Números" e foram espalhados por todo o globo. Os "números" têm a capacidade de possuir os duelistas que eles próprios e trazer para fora seus desejos mais obscuros. A fim de recuperar suas memórias, e recolher os "Números" cartões, equipes Astral até com Yuma.