L'histore se déroule dans un monde où certaines personnes ont le pouvoir de transformer des objets en d'autres objets : on les appelle des "alchimistes". Cette transformation doit obéir à une certaine règle : l'objet transformé et l'objet issu de la transformation doivent être de masses équivalentes. Edward Elric est, malgré son jeune âge, un fameux alchimiste qui a perdu son petit frère, Alphonse, lors d'une expérience de transformation interdite. Il a cependant réussi à enfermer l'âme de celui-ci dans une grande armure en fer. L'aventure des deux frères commence quand ils décident de partir à la recherche d'un objet aux mystérieux pouvoirs capable de les aider à retrouver leurs corps initiaux : la très convoitée "pierre philosophale".

À Amestris, un immense pays, l'armée tient une place très importante puisque son dirigeant, King Bradley, est également le président du pays. Cette armée est soutenue par des alchimistes, les Alchimistes d'État dont le plus jeune, Edward Elric, a pour spécialité le métal. On le surnomme le Fullmetal Alchemist. Edward a tout juste 15 ans, et parcourt le pays en compagnie de son frère, Alphonse, à la recherche de la Pierre Philosophale. Il a pour but de rendre son corps à son frère, car Alphonse n'est qu'une âme rattaché à une armure par un sceau de sang. Étant plus jeunes, ils ont essayé de redonner vie à leur mère grâce à l'alchimie, mais la tentative fut un échec cuisant, et Alphonse perdit son corps. Edward garde lui aussi des séquelles de leur tentative, puisqu'il a le bras droit et la jambe gauche en métal. Mais la quête des deux frères risque de les mener vers une vérité