Đô thị học viện, một thành phố nằm trong Nhật Bản, là một thành phố tiên phong về khoa học, với dân số khoảng 2.3 triệu và 3/4 trong số này là học sinh. Các học sinh của Đô thị học viện đa số đều sở hữu siêu năng lực được phân cấp từ Level 0 đến Level 5. Nhân vật chính Kamijou Touma được Đô thị học viện xếp vào Level 0, tức là hoàn toàn không có năng lực, thế nhưng bàn tay phải của cậu ta lại sở hữu một khả năng kỳ lạ là vô hiệu hóa tất cả các hiện tượng siêu nhiên trên thế giới, bao gồm cả siêu năng lực và ma thuật. Một ngày nọ, một cô bé sơ tên là Index đã xuất hiện tại ban công phòng của Touma. Cô bé là thư viện cấm thư của một Giáo Hội Anh Quốc chuyên sử dụng ma thuật, là phe đối địch với Đô thị học viện vốn lấy khoa học làm nền tảng.