《飞天小女警Z》讲述研究神秘物质ChemicalX的尤特尼乌姆博士和助手、同时也是儿子的健君，在研究中，竟然将大福饼混ChemicalX中！产生激烈化学反应的ChemicalX变化为新物质ChemicalZ。有一天，东京城近海突然出现巨大的冰山。健为了保护地球便把把ChemicalZ的光射进去后，ChemicalZ就发出了几道白色和黑色的光束，照射了整个东京城。美丽的赤提和美子，可爱的豪德寺京和豪爽的松原馨是非常普通的初一学生，过着非常普通的生活，为了保护比自己弱小的孩子受到了ChemicalZ的白光照射。接着，爆进甜蜜三人组，飞天小女警Z诞生了！！《新登场!飞天小女警Z》是由东映动画制作的日本式动画风格的卡通，但与美版《飞天小女警》风格不同。故事并不发生在小镇村，而是发生在日本的东京市；三位女主角并不是姐妹，而是每个人有不同的出身。其口号是“爱的力量、正义的化身，飞天小女警Z！”