Toaru Majutsu no Index diễn ra ở Thành Phố Học Viện, một thành phố công nghệ kĩ thuật cao nằm ở phía tây Tokyo, là nơi phát triển sức mạnh của các học sinh được biết như là các siêu năng lực gia. Tuy nhiên, trong thế giới khoa học đang phát triển các năng lực đặc biệt này có một thế giới ngầm về phép thuật liên quan đến các tổ chức tôn giáo trên thế giới. Kamijou Touma, một anh chàng kém may mắn là một trong nhiều học sinh của Thành Phố Học Viện, sở hữu một sức mạnh bí ẩn trên cánh tay phải gọi là "Imagine Breaker", một kĩ năng cho phép cậu vô hiệu hóa bất kì năng lực đặc biệt nào, kể cả siêu năng lực hay phép thuật. Một ngày, cậu gặp một cô gái đang nằm trên lan can ban công nhà cậu có tên là Index. Cô ấy đến từ Necessarius, một tổ chức phép thuật thuộc Thuần Anh Giáo Hội cùng với Index Librorum Prohibitorum, 103,000 cuốn sách ma thuật cấm đã bị cấm lưu truyền trong giáo hội từ lâu, được khắc sâu trong đầu cô. Cuộc gặp gỡ đó đã đưa cậu đến với những bí mật giữa khoa học và phép thuật. Kĩ năng kì lạ của Kamijou Touma đặt cậu vào giữa cuộc xung đột của các siêu năng lực gia của Thành Phố Học Viện và các pháp sư. Trong khi cố gắng giúp đỡ và bảo vệ bạn bè của mình, Kamijou Touma biết rằng những người cậu biết không giống như lúc họ xuất hiện và bắt đầu lôi kéo sự chú của các pháp sư và các siêu năng lực gia cũng như khám phá các bí ẩn của Thành Phố Học Viện và Index.