Mega Man X e seu fiel parceiro Zero têm uma nova força para enfrentar. Quem ou o que causou um tumulto de Mavericks na utopia experimental conhecida como Cidade Doppler? Nomeada em homenagem ao cientista reploide, a Cidade Doppler deveria ser um lugar onde humanos e reploides pudessem viver em harmonia. Depois de descobrir um vírus que estava transformando reploids em Mavericks, o antivírus do Doppler foi um grande sucesso. Mas o próprio Doppler foi infectado com o vírus e montou uma equipe para eliminar as Unidades Caçadoras Mavericks. O Efeito Doppler está prestes a se desdobrar, com Mega Man X e Zero sendo a única cura para o vírus mortal!

Zero, que havia retornado como um caçador irregular, tornou-se o comandante da Unidade de Forças Especiais Zero e continuou a varrer os irregulares junto com X, que estava ativo como comandante da 17ª Unidade de Elite, e outros caçadores na unidade. Ao mesmo tempo, o Dr. Doppler, a scientist-type repliloid, conducted research that revealed the fact that the computer virus "Sigma Virus" was the cause of irregularities, developed a special antibody virus, and proposed that it be injected into repliloids. As a result, the number of irregularities decreased. Furthermore, Dr. Doppler declared that he would build "Doppeltown," a peaceful city where humans and replicants could coexist, and he gained the support of both humans and replicants. A few months later, however, Doppler and his Repliroids, who had been exposed to the antibody virus mentioned above, rebelled. The Irregular Hunters recognized Doppler and the participants in the rebellion as irregulars, and X and Zero were ordered to go into action.