Satoshi e Pikachu chegaram à cidade de Miare, na ilustre região de Kalos, para capturar mais Pokémon e continuar sua jornada para se tornarem os melhores. Enquanto isso, um inventor genial chamado Citron e sua irmã mais nova, Eureka, vagam pela cidade quando encontram Satoshi, que rapidamente os desafia para uma batalha. No entanto, eles logo são apanhados em um incidente perigoso quando a Equipe Rocket, seguindo Satoshi até Kalos, causa um ataque de Gaburias pela cidade.
Longe dali, na pacata cidade de Asame, uma jovem chamada Serena treina diariamente em Sihorn a mando de sua mãe, uma corredora profissional de Sihorn. Após o treino, ela vê na televisão os acontecimentos que se desenrolam na cidade de Miare, onde reconhece um menino de sua infância. Tendo deixado um impacto significativo em sua vida, vê-lo desperta nela o desejo de encontrá-lo novamente; e assim, Serena parte para a cidade de Miare, determinada a encontrar o garoto de seu passado.
Pokémon XY segue o grupo enquanto eles viajam por Kalos em busca de suas ambições: Satoshi desafiando academias Pokémon, Citron aprendendo com Satoshi, e Serena procurando qual é exatamente o seu sonho. Ao longo do caminho, eles conhecem novos amigos, enfrentam novos rivais e continuam a frustrar os esquemas da Equipe Rocket, ao mesmo tempo que descobrem um pouco sobre os mistérios da megaevolução.
