『乱雑開放』事件以来、入院しリハビリに励んでいた枝先が無事、退院できることに。独り暮らしをしたことが無い彼女を案じる春上は、二人で同居することを決める。春上の引っ越しの準備を進める初春はどこか寂しそうだった。そして迎えた枝先の退院の日。お祝いのために美琴たちで集まることにしたのだが、信号機のトラブルが発生し、風紀委員の黒子と初春は出動を余儀なくされる――。一方、ひったくりを捕まえた婚后たちは、見知らぬ学生に能力を使い解決したことをとがめられる。その裏側では『アイテム』の面々が、奇妙な任務に振り回されており……。

公園の花畑で倒れていた見知らぬ子供を見つけた美琴たち。フェブリと名乗る少女は、なぜか美琴の名前を知っていた。美琴には全く心当たりがなく、風紀委員にも該当する迷子の情報は届いていない。すっかり佐天に懐いてしまったフェブリを、佐天と初春が協力して預かることに。次の日、各種データベースに写真照会をかけるも、やはりフェブリの情報はなく、フェブリは『置き去り』として処理されることになった。あすなろ園への受け入れが決まったフェブリだが、入園までの５日間はみんなで面倒を見ることになる。美琴は自分も名前で呼んでもらえるよう、奮闘するが――。

学園都市の、非能力系発表会、通称『学究会』会場内で、警備ロボットの暴走事故に巻き込まれそうになるフェブリ。大事には至らなかったものの、誤作動するはずのないロボットが動き出したという、不審な点が残っていた。一方、ゲコ太人形を巡って攻防戦を繰り広げるうち、フェブリと仲良くなった美琴は、固法たち風紀委員の面々と合流して、銭湯にて裸のお付き合いを敢行する！　楽しい時間を過ごしたその帰り道。突然、駆動鎧が襲いかかってくる。美琴が能力で制御しようとしたもののなぜか通じず、婚后の助けでようやく撃退するが、今度はフェブリが倒れてしまい――。

フェブリをを回収しようとしている何者かの存在。そして、フェブリが『科学的に作られた人造物』であるというカエル顔の医者の言葉――。フェブリを巡る状況は、にわかにきな臭さを増してくる。そしてミサカから伝えられる、フェブリの『姉』の存在と、『学習装置』の痕跡。暗部が関連している可能性を示唆されたことで、佐天たちに真実を伝えられないでいた美琴だが、婚后の何気ない一言を受けて、皆でフェブリを救おうと決意する。警備員ですら触れることも許されない、学園都市の深い闇。その存在を知らされてなお、佐天たちは真っ直ぐにフェブリを救うための方策を考え始め――。

フェブリに残された時間は、72時間。彼女を救う手がかりを得るべく、美琴は収監されているテレスティーナの元に向かう。学園都市で暮らす子供たちは、全て実験用のモルモットだと吐き捨てるテレスティーナ。しかし美琴は、その闇を覗き見てもなお、学園都市を嫌うことはできないと答える。2人はにらみ合うが、ついにテレスティーナは美琴に手がかりを与える。それは、フェブリが『ケミカロイド』と呼ばれる存在で、彼女を作ったという学究会への糸口だった。一方、偽情報をつかまされた『アイテム』の面々は、自分たちをはめた相手を追い詰めるべく、 行動を開始する……。

学園都市では能力のレベルのみで価値を判断する。そして能力の開発は、先天的資質に負うところが大きい。ならば、現行の方式とは異なる方法で能力者をゼロから作り出すことができれば――。罠にはめられた美琴と布束に向けて、有冨の口から語られる『ケミカロイド計画』の全貌。彼ら『スタディ』は学究会当日に大規模公開実験を行い、学園都市に革命を起こすという。薬で体の自由を奪われた美琴は、自分の過去がもたらした事件をひとりで背負おうとする布束に、以前の自分の姿を重ねる。そんなふたりの前に、信頼する仲間たちが助けに現れ――！

有冨たち『スタディ』による『革命』――二万体もの駆動鎧を使ったテロが始動する。その企みを阻止せんと、学究会各会場で奔走する黒子、初春、佐天、婚后たち。さらに多くの風紀委員たちの力を借りて、駆動鎧を会場敷地内に押しとどめ、テロの進行を防ぐ。思わぬ抵抗に、『ケミカロイド』ジャーニーへの負担は増してゆき、布束は自分の選択に迷いを見せる。そして、美琴とフェブリは本丸である有冨たちの元にたどり着いた。もう自分は、ひとりではない。共に戦う皆の姿を胸に、美琴は迫る駆動鎧をなぎ倒して進む。その先に待っているのは――。