与之前的口袋妖怪系列游戏相似，《口袋妖怪 X·Y》遵循线性的故事线；主要剧情以既定的顺序发生。游戏的主角是一位刚刚搬到朝香镇的年轻人，同自己的伙伴莎娜、卡勒姆/莎莉娜、瑅耶鲁诺和多罗巴一起踏上了游历卡洛斯地方以成为神奇宝贝大师的旅途。在游戏之初，主角自火狐狸、哈力栗和呱呱泡蛙中选择一只作为自己的初学者神奇宝贝，之后又从卡洛斯地方的首席科学家法桐博士处收到了妙蛙种子、小火龙或杰尼龟。主角的主要目标是获得卡洛斯的八枚道馆徽章，挑战联盟的四天王及冠军以通关。阻挠主角的则是敌对组织闪焰队（フレア団）。他们起先是以用神奇宝贝赚钱为目的，但之后则表露出了将人类文明清除以保护星球原始、美丽状态的企图。