アニメーション制作を夢見る高校１年生の浅草みどりは、同級生の金森さやかとともにアニメ研の上映会へ。 すると、カリスマ読者モデルとして知られる水崎ツバメが声をかけてきた。水崎はなぜか黒ずくめの男たちに追われていた。 浅草と金森は彼女を助け、男たちを撃退する。そして２人は水崎が意外にもアニメーター志望であることを知る。 浅草と水崎の即興での合作が始まり、意気投合した３人の前に「最強の世界」が広がっていく…。

水崎がアニメ研究部に入ることを親に禁じられているので、浅草・金森とともにアニメを作るには新しい部活を立ち上げるしかない。３人は職員室に向かう。既にアニ研があるため、アニメを作ると言うわけにはいかない。実写系の部活が教師に求められていることを知った金森は、映像部を名乗ってアニメを作ることを発案する。こうして「映像研」が爆誕した！そして３人がかつてアニ研が使っていたという倉庫を開けると、そこは宝の山？

予算審議委員会で上映する短編アニメに取り組む映像研の３人。しかし作業はなかなか進まない。風景だけのカットを入れたり見せ場を繰り返すなど、浅草がテクニックを駆使するが、動きの細部にこだわる水崎の作画の遅れは取り戻せない。金森は、脅したりすかしたりして妥協案を提示する。そして迎えた委員会の日。相手となる生徒会は、「生徒会には手を出すな」と言われるやっかいな存在だ。映像研は予算を獲得することができるか？

映像研は文化祭で上映するロボットアニメに取りかかった。今回は美術部が背景を手伝ってくれるという。オープニング曲はロボ研が作曲、劇中の音楽は水崎が知り合いに頼むことになった。金森は、効率改善のためにＰＣの調達に動く。関わる人数が増えていくことに不安を感じる浅草。さらに、音響部についての情報がもたらされ、金森と浅草は部室を訪ねる。そこには膨大な量の音源を守る音響部唯一の部員、百目鬼（どうめき）がいた。

文化祭で上映するロボットアニメの制作は思うように進まずにいた。作画が遅れているため、音響部の百目鬼（どうめき）は効果音の準備が始められない。声優を買って出たロボ研の小野たちの演技は暴走するに違いなく不安だらけ。さらに、美術部の芸術が爆発して背景の描き直しが大量に発生、浅草が肩代わりすることになる。そんな状況に金森はイラ立つが、作画担当の水崎は、動きの表現へのこだわりを絶対にゆずろうとはしなかった。