背景是大多数城市，某个国家/地区的城市。在一栋老楼的二楼，有一家小出版社，出版《月刊妄想科学》。《月刊妄想科学》是一个离奇的“莫~惊讶”的案例，甚至连科学家都“莫~不可能！ 它是一本科学期刊，撰写有关过度科学现象的文章。唯一的工作人员是美丽的主编和编辑铃木太郎。除此之外，只有小学生田中次郎和他的狗三郎的助手。编辑部总是空无一人，太郎、次郎和三郎沉浸在同一栋楼一楼的咖啡馆“Rock”里。有一天，一位名叫佐藤五郎的科学家来访寻求建议，一个离奇的故事开始了......
这一天，个性温柔的美少女万城目富美（高部爱 配音）即将开始崭新的高中的生活，此时，一个熟悉的身影出现在了她的视线中。名叫奥平明（仪部ゆう子 配音）的女孩，竟是富美分别了近十年的青梅竹马。这意外的相遇为久违的两人带来了小小的惊喜和快乐，而富美对小明的感情，也在相处的时日中渐渐明朗。爱哭的富美和活泼好动的小明，这一对性格迥异的好友能够终成眷属吗？ 同时，在外表成熟的井汲京子（堀江由衣 配音）的心中，学姐衫本恭己（石松千惠美 配音）的影子始终萦绕不散。在这所女子学校中，女孩子之间的感情，就像春天的野花，一点点的，逐渐的覆盖了荒芜的山脊。
每个人都有着不让任何人所看见的一面——这是一个世界各国在暗地里展开激烈情报战的时代。东国和西国已经处于冷战状态长达十余年之久。隶属于西国情报局对东科（WISE）的精英间谍“黄昏”，为了调查东国国家统一党总裁多诺万·德斯蒙这一威胁东西和平的危险人物的战争计划，黄昏被指派了一个绝密的任务。这个任务称之为“枭”作战。任务的内容是在一周内组建成一个家庭，潜入德斯蒙的儿子就读的名校，并解决掉德斯蒙。但是，黄昏所遇到的“女儿”是能读懂内心的超能力者，“妻子”则是暗杀者。三人为了彼此的利益而成为了一家人，并决定在隐藏真实身份的情况下共同生活。世界的和平被托付给了这个意外频出的临时家庭。
1930年代，以欧洲为中心突然出现的人类之敌“涅洛伊”。 能够对抗以通常的兵器难以破坏的涅洛伊的， 只有被称作魔女的、拥有特殊魔法力的少女们而已……。 1944年9月，在以第501统合战斗航空团“Strike Witches”为中心的联合军活跃之下，高卢共和国上空的涅洛伊巢穴消灭，欧洲西部的安全得到了确保。 以此为机，联合军开始正式计划对欧洲中央—东部方面的反抗作战。 在欧拉西亚帝国彼得堡构筑了基地的， 第502统合战斗航空团“Brave Witches”也被下达了出击的命令。 背负人类的希望，充满勇气的魔女们，在东欧的寒空中巡航。
