Lucy es una raza especial de humanos conocida como "Diclonius", nacida con un par de cuernos cortos y manos telequinéticas invisibles que la convierten en víctima de experimentos científicos inhumanos por parte del gobierno. Sin embargo, una vez que las circunstancias le presentan la oportunidad de escapar, Lucy, corrompida por el confinamiento y la tortura, desata un torrente de sangre mientras escapa de sus captores. Durante su fuga, recibe una lesión en la cabeza paralizante que la deja con una personalidad dividida: alguien con la mentalidad de un niño inofensivo que posee una capacidad de habla limitada. En este estado de inestabilidad, se topa con dos estudiantes universitarios, Kouta y su prima Yuka, quienes sin saberlo toman a un fugitivo herido bajo su cuidado, sin darse cuenta de sus tendencias asesinas. Este acto de bondad cambiará sus vidas, ya que pronto se verán arrastrados al sombrío mundo del secreto gubernamental y la conspiración.
Elfen Lied se basa en la serie de manga seinen de Lynn Okamoto del mismo nombre y se estrenó mientras el manga aún estaba en publicación. El anime sigue el material de origen a través de los primeros 7 volúmenes, con varias modificaciones a la historia y concluye con un final exclusivo. En una entrevista, el director Mamoru Kanbe expresó su decepción por tener que 'condensar' la historia en 13 episodios y sintió que se necesitaban más para incluir detalles significativos de la trama que habrían hecho que la serie fuera más emotiva. El diseño artístico de las secuencias inicial y final está fuertemente inspirado en las obras del pintor simbolista austriaco Gustav Klimt.. Se usaron colores y patrones que se asemejan al estilo distintivo de Klimt y se dibujaron personajes de la serie para recrear varias pinturas del período dorado del artista, incluido El beso (los amantes) . El tema de apertura Lilium , que se canta en latín eclesiástico, utiliza letras tomadas de La Biblia, el himno renacentista Ave mundi spes Maria , así como el compendio alquímico Theatrum Chemicum .