夢想是製作動畫的高一學生淺草綠，和同學金森沙耶加一同參加動畫研究社的放映會。就在此時，著名精英讀者模特水崎燕向她們搭話。水崎不知為何，被一群黑衣男人追趕。淺草和金森救下水崎，趕走了黑衣人。兩人意外得知水崎的志願是成為動畫家。於是，淺草和水崎的即興合作開始，意氣相投的三人，開始邁向「最強的世界」……

水崎被家長限制不能加入動畫研究社，於是只能和淺草·金森一同成立能製作動畫的新社團。三人走向了教職員室。因為已經有了動畫研究社，不能說出自己要做動畫的目的。知道老師希望她們開展實拍的社團活動，金森提出以影像研之名製作動畫。於是「影像研」爆炸誕生！3人打開了動畫研究社曾經使用的倉庫，那裡竟有一大片寶藏？

影像研三人被分配的活動室，是個老舊的倉庫，天花板和牆壁上都是洞。首先需要進行修繕。開始修繕的淺草，幻想著自己在進行宇宙船的修復訓練。三人決定，在「預算審議委員會」上公佈動畫片，宣佈自己的社團活動。三人從淺草的素描本上選擇舞台設定，不斷進行構想。淺草提出戰車的主意。水崎則主張作畫的“演技”。而作為製作人的金森，則為淺草與水崎的創作增加動力。

三個人為了在預算審議委員會上映的動畫片，可謂是費盡心機，金森連哄帶騙的提出妥協方案，使作品能趕上委員會的日子。而對方是難對付的學生會，被稱為「別對學生會出手」的存在。影像研究會能獲得預算嗎？

淺草在校內發現了可疑的機器人的痕跡，隨後便開始追蹤。好不容易離機器人更進一步，不知為何現場也有金森和水崎的身影。原來，機器人研究部要求以這個機器人為原型製作動畫片「機器人VS怪獸」。影像研究會的三人尋找作品的勘景，來到了芝濱高中創立前就存在的令人毛骨悚然的地下空間。

影像研開始著手製作要在文化節上映的機甲動畫片。這次美術社會來協助製作背景。片頭曲由機研社作曲，劇中音樂則交給了水崎的朋友。金森為了改善效率安排電腦。涉及到的人員越來越多，淺草內心開始不安。再加上，收到了關於音響社的情報，金森和淺草前往活動室造訪。在那遇見了守護大量音源的，音響社唯一成員，百目鬼。

要在文化節上映的機甲動畫片，製作並未如意進行。由於作畫進度滯後，音響社的百目鬼也無法開始準備音效。主動要求擔任配音的機研社的小野等人演技失控，令人非常不安。再加上，美術社的藝術細胞爆炸，導致大量背景需要重做，淺草重新負責。金森對這樣的狀況十分火大，然而負責作畫的水崎，卻無論如何也不願在動作的細節上讓步。

在文化節的放映會大獲成功，收到了不少DVD的預定。然而，機甲動畫片的利益主要由客戶機器人研究社獲得，影像研獲得的利益少得可憐。金森提出走出學校，參加獨立作品展示販賣會「彗星-A」。金森帶著淺草和水崎不知道去了哪裡。眼前出現了芝濱的街道，複雜的城市規劃結構和水路，以及地下商店。

淺草腦海中不斷冒出畫面，水崎使用SNS訂購音樂，金森策劃了聲優試音會。為了在獨立作品販售會「彗星-A」上發表新作，影像研對此進行了猛攻。但是這個活動被老師們盯上了，關於在學校外活動的風險學生會和領導一再強調。不過，3人仍然有條不紊的繼續動畫製作。為了讓故事情節帶給大家更真實的感覺，三個人和音響社的百目鬼一起去外景采音。

為了在彗星-A上發表新作動畫片，委託手抄本研究社進行DVD複製，然而卻因不正當交易被警備社檢舉。教導主任和學生會對影像研的監視變得愈發嚴格。但金森正在策劃讓學校不得不認可社團活動的策略。另一邊，淺草一直無法確定的敵方設定和故事核心終於敲定。分鏡稿完成，水崎的作畫也進展順利，作品馬上就要完成。

發生了SNS上委託的音樂和圖像完全不合的問題。大團圓的舞蹈場面，正由水崎配合樣音進行作畫，但如果更換曲子，就無法成立。淺草得出了取消舞蹈場面，直接重做結局的大膽結論。淺草解釋稱，一直對結尾抱有疑問，但只要進行變更，就能更有說服力，於是金森和水崎接受了變更。到了彗星-A當日。鏡像研新作動畫片《芝濱UFO大戰》究竟如何？