在《飞天小女警Z》的世界中，化学物质Z带来的白光赋予了赤堤桃子（超强能量）、豪德寺美弥子（超级速度）和松原薰（超级力量）三位中学女生变身成为飞天小女警的能力。她们的使命是保护东京免受因物质Z黑光影响而变异产生的怪物“怪奇兽”的侵害。故事围绕着三位女孩的校园生活与英雄职责之间的平衡展开。她们不仅要应对日常的学业和友情，还需在危机时刻迅速变身，运用各自的独特能力协同作战。作品风格轻松幽默，战斗场面充满活力，同时也不乏对成长与责任的探讨。剧中反派多为因各种负面情绪或意外接触黑光而怪物化的普通人，使得每一场战斗都带有一定的故事性。三位小女警在一次次战斗中逐渐成长，学会了团队合作的重要性，并加深了彼此之间的羁绊。本作虽与原版《飞天小女警》共享基础设定，但角色、故事和世界观均为独立创作，是一部结合了魔法少女与特摄元素，以东京为舞台的欢乐动作喜剧。