Nanoha Takamachi mène une vie d'écolière ordinaire à l'école primaire de Seishou. Elle vit avec ses parents, propriétaires d'un café, ainsi que son frère et sa sœur aînés. Un jour, en rentrant de l'école, Nanoha et ses amies, Arisa et Suzuka, trouvent un furet blessé dans un parc. Ce furet est en fait Yuno, jeune magicien venu d'un autre monde.

Sa rencontre avec Yuno octroie à Nanoha des pouvoirs magiques et elle réussit à sceller l'ombre mystérieuse qui les menace. Plus tard, Nanoha écoute Yuno lui décrire son monde et sa magie. Alors qu'elle décide de l'aider dans sa quête aux "Jewel Seeds", ils ressentent l'écho de l'une d'elles dans un sanctuaire.

Nanoha mène une double vie : écolière le jour et magicienne la nuit. Fatiguée, elle décide de laisser la quête aux Jewel Seeds de côté le temps d'une journée et d'aller encourager l'équipe de foot qu'entraîne son père. Une fois encore, elle perçoit une Jewel Seed. Avant qu'un désastre ne frappe son quartier, Nanoha active un nouveau pouvoir magique avec son sceptre, Raising Heart.

Arisa et Nanoha sont invitées pour le thé chez les Tsukimura. Tout se passe bien, jusqu'à ce qu'un chat trouve une Jewel Seed dans le jardin et l'active. Nanoha et Yuno entreprennent de la sceller, mais ils rencontrent une autre magicienne, vêtue de noir. Que fait-elle ici ?

Les familles Takamachi et Tsukimura se rendent ensemble à un onsen : un bain thermal. Nanoha et les autres se relaxent dans l'onsen, mais Nanoha n'arrête pas de penser à la fille en noir, Fate, qu'elle a rencontrée la veille. Qu'adviendra-t-il des deux Magical Girls alors que la familière de Fate, Arf, apparaît également, et qu'elles se battent à nouveau ?

Fate retourne auprès de sa mère avec les Jewel Seeds qu'elle a trouvées. Nanoha commence à comprendre ce qu'elle doit faire dans son combat contre Fate. Alors que les deux filles s'affrontent encore une fois pour une Jewel Seed, Chrono, un magicien du Bureau d'investigation interdimensionnel apparaît devant elles.

Nanoha et Yuno sont amenés à bord du vaisseau-mère du Bureau, Arthra. Lindy, la capitaine, dévoile la vérité sur les Jewel Seeds et leurs pouvoirs. Le Bureau d'investigation s'empare du problème des Jewel Seeds, face à quoi la réponse de Nanoha et Yuno est... ?

Nanoha et Yuno continuent leur quête aux Jewel Seeds depuis le cœur d'Arthra. Fate et Arf cherchent les Jewel Seeds tout en s'évadant du Bureau d'investigation. Afin de trouver les six derniers Jewel Seeds, Fate prend un risque…

Autorisée à quitter temporairement le vaisseau, Nanoha, heureuse, peut rendre visite à sa famille et ses amis. Precia blâme Fate pour le fiasco des Jewel Seeds. Pour Arf, c'est la goutte d'eau qui fait déborder le vase. Nanoha prend alors une décision quant au dernier incident en date...

Plaçant tous ses espoirs dans sa propre magie, Nanoha met Fate au défi dans un ultime combat. Dans la confusion, Fate attaque Nanoha de toutes ses forces. Yuno et Alph les observent pendant qu'Amy surveille Chrono. Le vainqueur de cette bataille est... !

Precia active les Jewel Seeds pour tenter d'ouvrir la porte vers la cité perdue d'Al Hazard. Nanoha et Yuno doivent accompagner Lindy et Chrono pour empêcher que cela ne se produise. Pendant ce temps, Fate demeure inconsciente à l'infirmerie…

À présent que "l'incident Precia Testarossa" est clos, Nanoha et les autres peuvent reprendre une vie paisible. Alors que les jours passent calmement, Nanoha pense à Fate. Puis, un matin, le téléphone de Nanoha sonne…