ある夜、高校生の泉新一のもとに人間の脳を食べ寄生するパラサイトの卵が降ってきた。パラサイトは寝ていた新一を襲うが抵抗され脳へ侵入出来ず右腕に寄生してしまう。

右腕のパラサイトは自ら「ミギー」と名乗った。新一は世界各地で起きている「ミンチ殺人」にパラサイトが関わっている事を察っする中、新たなパラサイトが現れる。

日々殺人被害者が増加する中、真相を公表できない新一は悩んでいた。通学中、ミギーから仲間が近くにいると聞き向かったは新一が通う「西高」であった。全校集会で新任の女性教師、田宮良子が壇上に立っていた。

新一は不良グループに絡まれる転校生長井と遭遇し庇い、君嶋加奈と出会う。新一は村野里美に手当てされ良い雰囲気になる。しかし、その頃、新一の両親の旅行先では恐ろしいことが起こっていた。

ミギーはパラサイトと化した母、信子に胸を貫かれ瀕死の新一を助ける。新一は病院からの連絡で父が重傷で入院中と聞き父を助け、母の復讐を果たすため桜崎へ向かう。

新一と同じ様な境遇の宇田守と出会いお互いに語り合う。宇田は新一の現状を不憫に思い協力し崖の上での母に寄生したパラサイトとの死闘が始まる。

日常生活に戻った新一。新一はミギーによる治療の際に寄生生物の細胞が全身に拡散し身体能力が飛躍的に向上していたが、同時に心の変化に苦悩する。

立川裕子は転校生、島田秀雄に興味を持つ一方、次第に彼の顔に違和感感じるようになる。また刑事の兄が捜査中の事件と島田との関連に気付く。

島田秀雄はパラサイトとしての本性を現し逃げ遅れた里美のクラスを襲う。新一は死体の山を越え、里美の救出に向かう。

新一は加奈のパラサイトを感知できる能力を心配するが真実を打ち明けられないでいる。里美は以前の日常を取り戻しつつある学校生活の中で助けてもらった新一への好意と不信感に葛藤する。

加奈の特殊能力は力を増しており、放置すれば彼女の身の危険を案じた新一はパラサイトのことを全て打ち明けるが、加奈は信用せず二人の気持ちはすれ違う。

加奈の事件から数日が経ち、何事も無かったかのように見える新一に里美達は違和感を感じる。だが新一も自分の心の違和感に悩んでいた。そんな中、新一の身辺を調査する探偵、倉森が現れる。

新一は田村玲子に雇われた探偵の倉森に素性を知られてしまう。精神的に追い詰められた新一は里美に秘密を明かそうとするが話せない。新一は宇田の協力を得て倉森に接触を試みる。

倉森は懐疑的ではあるが一応、新一達の話を信用した。だがパラサイトによる殺人を間近に目撃すると恐怖から事件から身を引くと言い出す。苛立つ新一の前に新たなパラサイトが現れる。

新一の前に現れた新たなパラサイト三木は、これまでと様子が違っていた。ミギーが眠っており必死に逃げる新一を軽い口調と豊かな表情で迫ってくる。ミギーは起きると三木の秘密について語りはじめる。

草野達は、田村の行動が危険と判断し排除しようとする。一方、家族を皆殺しにされた倉森は復讐のため田村の赤ちゃんを誘拐し田村を公園に呼び出す。

新一が田村から待ち合わせに指定された公園に着くと赤ちゃんを抱いた田村がいた。倉森が殺され公園内を捜査していた平間ら刑事達に彼らは囲まれる。

平間は一連の事件に新一の関与を疑いパラサイトを見分ける能力を持つ囚人の浦上と面会させる。新一の容疑は晴れ、高校生活へと戻った矢先、平間が現れついに警察特殊部隊によるパラサイト掃討が始まる。

山岸率いる警察特殊部隊の銃火器と特殊なセンサーを使ったパラサイト掃討作戦がついに始まる。当初、順調にパラサイトを追い詰めていたがパラサイト達の策略や現場での混乱により次第に状況は逆転されていく。

警察特殊部隊によりパラサイト側のリーダーである広川も仕留められたが、最強のパラサイトで銃火器の攻撃も巧みにかわす後藤には効果が無かった。以前、後藤に殺されかけた新一は恐怖に怯える。

里美に生きる力をもらい後藤と戦う決心をする新一。人気の無い山の中、ミギーと協力し合い後藤相手にも有利に戦いを進める。 だがあと一歩というところで仕留めることが出来ず、さらにミギーをも失い敗走することになる。悲しみの中、山里を彷徨っているとある一軒家へとたどり着く。

一軒屋に住んでいた老婆は自らを美津代と名乗り、新一を温かくむかえいれてくれた。生に対して自棄になっている新一に激しい口調で檄を飛ばす美津代。そんな美津代の言葉を後にして後藤と決着をつける為、山へと戻る新一。 薄暗い山の中、当てもないはずなのに新一の方が先に「後藤」を発見するのであった。

後藤との決着がつき、本当の平穏が新一へと訪れた。ミギーからの一方的な別れに落ち込みはするものの、通常の生活を取り戻すべく受験勉強に励む新一。だがまたしても、その平穏を脅かす存在が新一と里美の前に現れる！ 最終話「寄生獣」。新一とミギーの奇妙な物語もついに幕を閉じる！！