این مجموعه در نیو تاونزویل (در نسخه اصلی ژاپنی، شهر توکیو) اتفاق میافتد. برای جلوگیری از یک فاجعه زیستمحیطی، پسر پروفسور یوتونیوم، کن کیتزاوا یوتونیوم، از ماده شیمیایی Z، که شکل جدیدی از ماده اصلی پروفسور یعنی ماده شیمیایی X است، برای از بین بردن یک یخچال طبیعی غولپیکر استفاده میکند. با این حال، تأثیر ماده شیمیایی Z باعث میشود چندین پرتو نور سیاه و سفید در آسمان بالای نیو تاونزویل ظاهر شوند. سه دختر عادی به نامهای موموکو، میاکو و کائورو در نورهای سفید غرق میشوند و به ترتیب به هایپر بلوسوم، رولینگ بابلز و پاور باترکاپ تبدیل میشوند. اما، نورهای سیاه متعدد باعث میشوند دیگران به سمت شر کشیده شوند، بنابراین پاورپاف گرلز Z باید از ابرقدرتهای خود برای محافظت از نیو تاونزویل در برابر تبهکارانی مانند موجو جوجو، هیم، فازی لامپکینز و دیگر اشرار استفاده کنند.