主人公“洛洛”今年十三岁，是一个天才游戏高手，他最擅长玩一个名为“机战王”的3D电脑游戏。这是一款以机器人互相争霸大战作为背景的游戏，洛洛曾多次获得该项游戏的竞赛优秀奖。然而在一个雷电交加的夜晚，洛洛不再是这场战争的旁观者，一束诡异的闪电将强大的能量注入洛洛的电脑，并将他从现实世界牵引进“机战王”的虚拟世界里面，故事由此展开。

这是个弱肉强食、危机四伏的世界，茫然的洛洛刚进到里面就差点小命不保，幸好时光之城的大将霹雳火及时出现将他救下，才避过猛兽族的追杀。接下来霹雳火带着洛洛回到时光之城，并结识了唠叨耍宝的风火轮。而这时三大战王之一狂野猩的部下猛将金铁兽，正率领大批黑铁兽大军、朝时光城浩荡杀来。命运之轮开始转动，洛洛不清楚自己来到这个世界的使命是什么，但凭着本能，他直觉意识到，帮助机车族战士对抗敌人，获得最终胜利，是回到现实的重要条件。于是洛洛利用各种战术，成功击退来犯的金铁兽，暂时解除了时光之城的危机。正是这场崭头露角的战役让洛洛一战成名，他从那一刻开始被机车战士们奉为传说中为机车族带来和平的机战王。

不过这次能够赶跑敌人，有着很大的侥幸因素，如果不把目前被动防守的局面扭转过来，机车族灭亡是迟早的事情。洛洛拒绝坐以待毙，决定带着霹雳火与风火轮出外寻找其他机车部落的支援，只有所有的机车族战士团结联合起来，才有机会战胜来势汹汹的侵略者。洛洛等人踏上旅程，先后遇到自由战士力霸天、能源之城的龙卷风、月神殿的急先锋、圣骑森林的冲击波和风雪之城的超音速。他们之间有的人相见恨晚、有的人不打不相识，在艰苦的战乱中慢慢成为并肩作战的生死之交。

与洛洛一方对阵的敌人越来越厉害，兽族三大战王空前强大，机车战士们需要不断修炼，不停的进步，才能从残酷的战斗中生存下来。洛洛带领着机车战士顽强地与敌人周旋到底，并且终于练成了能够克制兽族战王的合击技能。然而当他们乐观地认为能够反败为胜时，洛洛命中注定的宿敌出现了……

《百变机兽之洛洛历险记》动画片全剧共52集。在游戏中，洛洛和晶晶学到了很多东西，她们在游戏的世界中一起学习一起成长，最终在霹雳火.风火轮.力霸天.龙卷风.超音速.冲击波.急先锋与猛兽族三大战王的帮助下，洛洛与晶晶回到了现实世界中。