人类殖民星球遭到外星人库克托尼亚人的袭击，守护驻军被消灭，留下 13 名儿童。故事讲述他们乘坐地球军事训练舰“Janus”号，与使用名为“Roundburnians”的人形武器的外星人作战，以拯救被外星人俘虏的家人和朋友。故事根据儒勒·凡尔纳的小说《两年假期》（男生称之为“两年假期”）改编。宇宙版《少年的假期》的构思是在《机动战士高达》的企划过程中产生的，但随着《高达》走向了不同的方向，本作是以此为主题的新动画，因此富野由悠季的名字被冠以“原作作者”之名。
地球的文明在2050年，已经高度发达，人类发明了多种机器人来帮助人类开发能源，但此类机器人在经过长时间使用后，都被地球人废弃在山脚下，被地球人当成了垃圾。
阳光游学团火星之旅，百变校巴带领大家探索了独特的火星地理环境、见识了神奇的火星自然景象。没想到火星上还存在着许多非同一般的人造天穹，这次百变校巴将和阳光游学团一起进入刺激好玩的极限天穹、荒蛮原始的恐龙天穹、色彩缤纷的昆虫天穹、想象无限的梦幻天穹等等。然而，在他们的冒险中，还有一位新人物出现——灰灰哥哥，作为天穹打工人的他总是无意间引发骚乱。这时，百变校巴立即变身百变形态，应对困难，化解危机，让小朋友们在欢乐和笑声中度过美好的火星之旅。
故事发生在名为恩典农场的孤儿院内，在这里生活着很多失去了亲人，无家可归的孩子们，他们共有36人，每天，在劳作和玩耍之余，孩子们还要进行学习和测验，其中，佼佼者是名为艾玛（诸星堇 配音）的女孩和名为诺曼（内田真礼 配音）的男孩。负责管理和看护这些孩子们的女性名叫伊莎贝拉（甲斐田裕子 配音），孩子们喜欢喊她“妈妈”。每过一段时间，都会有一个孩子被收养离开农场，生活在这里的孩子们都将此作为自己的人生目标。
有 230 万人口，其中八成人口为学生的「学园都市」，是比其他地区科技更为先进，并从事「超能力开发」的特殊地区。而整座学园都市中仅有七人的等级 5 超能力者之一御坂美琴，由于她的能力与个性使然，因而被卷入了学园都市中所发生的种种事件……
