История сериала начинается в большом мегаполисе, постоянно окутанном туманом, известном нам лишь под названием города Вечного Пара (англ. Steam City). Город и пейзаж Steam Detectives во многом похожи на викторианский Лондон. В этой альтернативной истории человечества, единственным источником энергии является уголь. В результате, город сильно прогрессировал в развитии технологий для постройки паровых машин работающих на угле.

Из-за обилия этих машин, мегаполис теперь постоянно окутан туманом, сильно уменьшающим видимость. Наука также дала городу роботов — Мегаматонов, работающих на паровых двигателях. Хотя Мегаматоны сильно облегчили повседневную жизнь жителей, бандиты и разбойники тоже не дремлют — под прикрытием постоянного тумана, они совершают дерзкие нападения на горожан с помощью собственных Мегаматонов. Полиция города бессильна чем-либо противостоять злодеям и остановить разгул преступности. Однако на помощь простым жителям приходят агенты Детективного агентства Нарутаки — молодой детектив Нарутаки и его отважная ассистентка — медсестра Ринрин. Вместе с мегаматоном Ринрин, огромным и сильным Горики, они принимают решение сделать все возможное и невозможное для защиты родного города.