上條當麻是學園都市的一名高中生。在這座位於東京都西部的封閉都市中，學生占到了總人口的八成，「超能力開發」被列為絕大多數學生的必修課，在Level 0到Level 5的等級排名上相互競爭。不幸地，上條當麻被評定為無能力者；但他的右手有著能將一切異能消除的不明力量，他本人稱其為「幻想殺手」。似乎是連同神的祝福一同抹殺的關係，他每天都過著不幸的生活。 暑假的一天，在宿舍的陽台上，上條當麻遇見了一位掛在陽台欄杆上的修女。她自稱禁書目錄，腦海中裝有十萬三千冊「魔法書」，正在從不為人所知的「魔法」世界逃亡。就這樣，上条一腳踏進了魔法與科學的紛爭。