En voulant ressusciter leur mère, Edward et Alphonse Elric ont utilisé une technique interdite relevant du domaine de l'alchimie : la transmutation humaine. Seulement, l'expérience a mal tourné : Edward a perdu un bras et une jambe et Alphonse son corps, son esprit se retrouvant prisonnier d'une armure. Devenu alchimiste d'Etat, Edward, surnommé "Fullmetal Alchemist", se lance, avec l'aide de son frère, à la recherche de la pierre philosophale, leur seule chance de retrouver leur état initial.
La quête des frères Elric les amène à l'ancienne cité minière de Xenotime : autrefois florissante grâce à ses gisements d'or, la ville meurt peu à peu depuis l'épuisement des filons. Les espoirs de la population reposent désormais sur un dénommé Mugwar, qui travaille à l'élaboration de la pierre philosophale avec l'aide de deux célèbres alchimistes... les frères Elric !