总人口230万人，扩展至东京西部的巨大城市。在这座因学生占其人口约八成，而被称为「学园都市」的城市中，扭曲世界法则引发超常现象的力量——超能力的开发正在进行。 接受特殊课程〈Curriculum〉，获得了能力的学生们，通过定期的『身体检查〈System Scan〉』，得到从『无能力者〈Level0〉』到『超能力者〈Level5〉』的6个阶段的评价。 站在其顶点的，是被誉为最强的7人的『超能力者』。 其中的一人，御坂美琴。 作为自由操纵电气的最高位的能力者『电击使〈Electro Master〉』，有着『超电磁炮〈Railgun〉』的别名的她，是名门大小姐学校·常盘台中学的14岁女高中生。后辈『风纪委员〈Judgement〉』白井黒子，憧憬着大小姐的同学初春饰利，以及喜欢都市传说的朋友佐天泪子。 在与这些伙伴们一起度过和平、普通、又稍稍有些变化的学园都市日常生活时，一年一度的大事件正在迫近。 『大霸星祭』。在7天的举办时间中，能力者们以学校为单位展开激战的巨大体育祭。在这期间，学园都市的一部分向公众开放，面对向全世界转播的热闹活动，每个人都很激动。而谁都没有注意到，有什么在这华丽的舞台背后蠢蠢欲动——。
西历5012年。突然入侵地球的＜外星人＞与其制造的＜机械生物＞导致人类面临灭亡危机。 仅存的人类逃至月球，为了夺回地球，利用＜人造人＞士兵展开反攻作战。 然而无限增加的＜机械生物＞阻挡在前，战争陷入胶著状态。 作为最终兵器，人类派遣新型人造人＜寄叶＞部队至地球。刚被派往地球的＜2B＞与先行调查员＜9S＞会合，一同执行任务，却在途中遇见许多神秘难解的现象……。 这是关于为人类而战，无生命＜人造人＞的故事－－ PS：Automata指的是“自动人形”，别再机械纪元求求了。
