這是一座佔據東京西方大部分區域的巨大都市。由於230萬居民之中有八成是學生，因此這裡被稱為「學園都市」，而且居住在這裡的學生們，必須接受開發超能力的特殊教育。學園都市的某名高中生上条當麻，被判定為及格邊緣的無能力者（LV0），因為他的右手擁有「消除所有異能之力」的神秘力量。而且右手的這種力量，甚至將他身上的「神的庇護」一併消除，使得他總是過著不幸的人生。在暑假的某一天，一名純白的修女從天而降來到上条的房間，這名少女表示，她是從「魔法」的世界逃離出來的人……

為了參加暑修，總之上条先把神秘修女藏在自己的房間。然而在他回家之後，卻發現茵蒂克絲躺在血泊中。這是追捕她的魔法師下的手。紅髮，眼睛下方有條碼，身穿漆黑的修道服。自稱史提爾．馬格努斯的這名高瘦青年，忽然朝著上条詠唱符文魔法……！遭遇火焰魔人「獵殺魔女之王」的襲擊，上条陷入九死一生的危機，然而應該昏迷不醒的茵蒂克絲，卻張開眼睛開始說出神秘的話語……

茵蒂克絲發動「自動書記」，使上条勉強逃離險境。再度陷入昏迷的茵蒂克絲，需要以魔法來治療傷勢，然而經過開發而得到超能力的人要是使用魔法，似乎就會全身出血而死，因此上条前往月詠小萌的公寓，想請這位沒有超能力的導師幫忙。上条右手擁有的能力，甚至連治療茵蒂克絲的回復魔法都會消除，所以上条只能在小萌的公寓外面待命，他也因為自己幫不上忙而感到憤怒。就這樣，茵蒂克絲藉由小萌成功發動回復魔法，並且開始述說自己正在面對的問題 —— 包括正在追捕她的魔法結社，以及自己所擁有的魔道書……

追捕茵蒂克絲的魔法師，並不是只有史提爾而已。手持長刀的女性魔法師神裂火織，以高超的劍技壓制住上条。神裂希望在殺掉上条之前就能將茵蒂克絲帶回「保護」，雖然傷痕纍纍的上条依然拚命反抗，然而面對神裂使用的魔法「七閃」，也只能束手無策倒地不起。在意識逐漸朦朧的時候，上条詢問神裂沒有對他下殺手的理由，並且提出種種的疑問。就在上条緩緩閉上眼睛的時候，神裂說出了驚人的真相。茵蒂克絲所背負的奇特命運，以及「完全記憶能力」帶來的悲劇為何？

由於腦中存放著十萬三千本魔道書的內容，因此茵蒂克絲能使用的腦容量只有平常人的15%。因為擁有完全記憶能力，要是沒有每年消除記憶就會死亡。得知這個事實的上条，收到了神裂的聯絡。時限是凌晨零時，茵蒂克絲過了這個期限就會死，因此神裂要上条在時限之前與茵蒂克絲道別。

茵蒂克絲必須每年消除記憶的原因，並不是因為完全記憶能力壓迫她的腦部，也不是因為她記住十萬三千本魔道書的內容。依循著一絲格格不入的感覺，上条終於發現真相，並且以右手的「幻想殺手」，破壞了教會施加在茵蒂克絲腦部的某種「機關」。

基於某些原因，上条帶著茵蒂克絲及兩名同班同學前往速食店。由於店裡客滿，他們只好與別人共桌，與他們共桌的則是一名自稱「魔法師」的巫女。身上的錢不夠搭電車的她，後來與身穿西裝的補習班老師們離去。經過這次奇妙的邂逅之後，史提爾．馬格努斯出現在上条的面前。

被囚禁於三澤塾的少女名為姬神秋沙，她正是上条在速食店遇見的少女。與史提爾入侵三澤塾之後，上条看見一具身穿鎧甲的屍體 —— 羅馬正教十三騎士團的遺骸，然而學生們絲毫不以為意。史提爾表示這就像是硬幣的表裡，因為結界的關係，位於硬幣表面的學生們，不會察覺到位於硬幣背面的外敵，而且如果要破壞結界，就必須破壞魔法的「核心」。

姬神能吸引吸血鬼，奧雷歐斯需要吸血鬼的力量，這就是姬神與奧雷歐斯共同行動的理由。另一方面，茵蒂克絲追著上条來到三澤塾，卻落入奧雷歐斯的手中。上条與史提爾好不容易找出奧雷歐斯的所在處，然而他們在那裡看見的，卻是熟睡的茵蒂克絲。此時史提爾說出了奧雷歐斯追求力量的理由。得知自己的目的完全付諸流水之後，奧雷歐斯對上条等人露出利牙。面對能將言語化為現實的「黃金煉成」，上条以右手為武器對抗奧雷歐斯 ──

由於被捲入茵蒂克絲的事件，上条沒有去參加暑修，因此即使現在是八月下旬，他依然每天要過著補習的生活。在放學回家的途中，自動販賣機吃錢的不幸再度降臨到他的身上，此時就讀常盤台中學的放電國中生御坂美琴出現了。她使出的「秘技」弄壞了販賣機，兩人只好趕快逃離現場，然而他們面前出現了一名戴著軍用護目鏡，自稱是御坂美琴的妹妹的少女「御坂 」。

上条帶著撿到的黑貓，與御坂前往中古書店尋找養貓相關的書籍。買完書走出店門口一看，外頭只剩下受到驚嚇的黑貓，御坂則是不見蹤影。覺得狀況不對勁的上条，在小巷子裡發現了倒在血泊之中，身穿常盤台中學制服的少女 ── 御坂妹。

打算犧牲自己拯救「妹妹們」的御坂美琴，毫不留情朝著擋路的上条使出雷擊，然而上条完全沒有使用右手的意思。美琴詢問他為何要不惜這麼做，上条則是說出了一個令人意外的想法。如果要阻止實驗的進行，只要將「一方通行是最強超能力者」這個實驗的大前提推翻就行了。

上条在御坂妹九死一生的時候趕到，面對「一方通行」的強勁實力，上条被逼著只能防守。然而上条反射性揮出去的「右手」，卻打中了「一方通行」的臉。由於擁有壓倒性的強勁，因此「一方通行」至今從來沒有經歷過近身肉搏戰，就這麼被上条的右拳痛毆。

身為 LV0 卻打倒一方通行，使得上条一下子變成名人，因此理事會命令他在事情平息之前暫時離開學園都市。明明沒有身份證，卻不知為何可以順利離開學園都市的茵蒂克絲，就這麼和上条一起來到了理事會安排的溫泉旅館「海神」，小萌老師也好意安排上条的家人與他會面。隔天早上，上条的父親刀夜等人抵達旅館……然而母親詩菜卻是茵蒂克絲，表妹乙姬則是御坂美琴？

出現在上条面前的紅衣修女名為米夏・克洛伊潔芙，所屬單位是俄羅斯成教的「殲滅白書」。她之所以來到日本，是為了要尋找造成世界異象的大規模魔法「天使墜落」的源頭。在同一時間，英國清教「必要之惡教會」的兩名魔法師也現身了，而且其中一人是上条的同學土御門。

如果要阻止大規模魔法「天使墜落」，就必須打倒術者或是破壞儀式現場。由於米夏出現一些可疑的行動，上条與土御門推測她就是術者，連忙追著她前往上条家。先行一步抵達上条家的兩人，在家裡看見刀夜的照片，赫然發現刀夜的外表並沒有被替換，但是只有術者不會受到魔法的影響……

暑假的最後一天，上条面對空白的暑假作業陷入苦戰。另一方面，御坂美琴則是過著一如往常的生活。在照例出門要到便利商店看免費漫畫的時候，一名男性在學校宿舍的門口等待著她。這名男性名為海原光貴，是常盤台中學理事長的兒子，最近老是纏著美琴不放。不想和這個人打交道的美琴，逮到湊巧路過的上条，要上条在今天假扮成她的男朋友逼海原死心。

自從「絕對能力進化計畫」失敗 ──「一方通行」敗給上条當麻之後，每天都遭受到不良少年的襲擊。某天，一方通行在買完東西回家的途中，出現一名披著破布的少女。她是「妹妹們」之一，編號 20001 的「最後之作」。她表示因為實驗中止，自己的身體停留在成長途中的階段，卻沒辦法與研究員取得聯絡，就這麼擅自跟著一方通行回到家裡。

「最後之作」是負責統管「御坂網路」的個體。一方通行前往「絕對能力進化計畫」的研究員芳川桔梗面前，希望把「最後之作」還給研究所，然而芳川卻說出「最後之作」目前面臨的危機。由於她的腦中被寫入某個命令，「妹妹們」將會在九月一日的凌晨失控，而且她已經被天井亞雄帶走了。

上条的漫長暑假終於結束，新的學期就此開始，寄住在小萌老師家的姬神秋沙，以轉學生的身份進入上条的班級。另一方面，負責看家的茵蒂克絲，察覺到上条沒為她準備午餐的事實而來到學校，卻被小萌老師趕了出去，即使因為迷路而進入食堂，茵蒂克絲也因為不會買食堂的餐券。後來一名神秘少女 ── 風斬冰華出現在她的面前……

放學之後，上条、茵蒂克絲與風斬一起前往地下街。三人一起吃飯一起玩，茵蒂克絲與風斬還換上《魔法少女加奈美》的衣服拍照，可說是玩得相當開心，不過擔任風紀委員的少女卻叫住了他們，表示由於要逮捕入侵學園都市的恐怖份子，地下街即將暫時封鎖。三人依照指示移動的時候，發現牆壁上居然有一顆眼睛 ──

地下街陷入混亂的局面。與上条分頭行動的風斬，遇見了潛入學園都市的魔法師雪莉・克倫威爾召喚的石巨人。在千鈞一髮之際，從小萌老師口中得知風斬秘密的上条趕來了。雖然風斬認為自己不應該與茵蒂克絲在一起，但上条表示「我只是來拯救朋友而已」，並且與警衛們同心協力對付石巨人。

沒能打倒上条與風斬的雪莉，將目標改成了茵蒂克絲，上条與風斬則是各自展開保護茵蒂克絲的行動。在地下鐵隧道與雪莉對峙的上条，從雪莉的口中得知她戰鬥的理由之後提出反駁，然而上条的論點卻激怒雪莉，使得上条陷入被土石活埋的危機。