Satoshi e Pikachu sono arrivati a Luminopoli, nell'illustre regione di Kalos, per catturare altri Pokémon e continuare il loro viaggio per diventare i migliori. Nel frattempo, un geniale inventore di nome Citron e la sua sorellina Eureka vagano per la città quando si imbattono in Satoshi che li sfida rapidamente a una battaglia. Tuttavia, vengono presto coinvolti in un pericoloso incidente quando il Team Rocket, seguendo Satoshi a Kalos, provoca una furia di Gaburias per la città. Lontano, nella tranquilla città di Vaniville, una giovane ragazza di nome Serena si diverte ogni giorno a fare le prove di equitazione di Sihorn per volere di sua madre, una pilota professionista di Sihorn. Dopo l'allenamento, vede gli eventi svolgersi a Miare City in televisione, dove riconosce un ragazzo della sua infanzia. Avendo lasciato un impatto significativo sulla sua vita, la vista di lui suscita in lei il desiderio di incontrarlo di nuovo; e così, Serena parte per Miare City, determinata a trovare il ragazzo del suo passato. Pokémon XY segue il gruppo mentre viaggia per Kalos alla ricerca delle proprie ambizioni: Satoshi sfida le palestre Pokémon, Citron impara da Satoshi e Serena cerca di capire quale sia esattamente il suo sogno. Lungo la strada, incontrano nuovi amici, affrontano nuovi rivali e continuano a contrastare i piani del Team Rocket, scoprendo nel frattempo un po' dei misteri della megaevoluzione.