上条當麻獲得了學園都市的外出許可，與家人一同來到了海邊度假勝地。但是這時怪事發生了，母親成了茵蒂克絲，茵蒂克絲成了藍髮耳環，神裂火織成了史提爾，史提爾成了海邊大叔，御坂妹妹成了海邊大叔的兒子，御坂美琴成了當麻的妹妹!?為什麼會這樣？原因似乎是「某種魔法」！神秘魔法「天使墜落」正以上条當麻為中心向外展開──!?

在連續七天舉辦的「大霸星祭」後，上条當麻卻以幸運入場者關係，獲得了前往北義大利七天五夜旅行的資格。這意外的幸運讓上条與茵蒂克絲都非常高興，舞台也轉移到義大利的水都威尼斯。這次的義大利假期是否能讓上条擺脫不幸的霉運？

這裡是令所有學園都市女學生們，稱羨不已的貴族女校常盤台中學。想當然爾，這裡的學生都是「千金大小姐」。「千金大小姐」之一御坂美琴上完了體育課，來到浴室沖澡。這時，隔壁傳來了少女的說話聲。白井黑子。身為維護學園都市治安的「風紀委員」，同時也是擁有空間移動能力的等級4大能力少女。她邀約美琴放學後一同逛街購物。──就這樣，黑子的漫長一日開始了。在這漫長的一日中，黑子輕輕揭開了姊姊御坂美琴的神秘面紗……當「姊姊」與「那位先生」交會之際，白井黑子的故事就此展開!?

學園都市的新學期第一天。那是上条當麻的學校出現「神秘轉學生」的日子，是茵蒂克絲頭一次交到「朋友」的日子，是御坂美琴與茵蒂克絲首度面對面的日子，是夾在她們之間的上条當麻依舊不幸的日子，是旁觀事情發展的白井黑子嫉妒上条的日子……然後，也是某個魔法師向學園都市襲擊的日子！在特別警戒宣言下的學園都市，當科學與魔法交會之際，上条當麻的故事就此展開－－！

學園都市中最盛大的活動「大霸星祭」。這是位於超能力開發機構學園都市的所有學校，所共同舉辦的超大規模運動會。上条當麻當然也參與了這項活動。但他的「不幸」依然健在，不但被肚子餓的茵蒂克絲咬，遭到大霸星祭營運委員吹寄制理譴責，還在比賽中被御坂美琴放電攻擊……!?就在這時，某個魔法師為了神秘靈裝「刺突杭劍」而潛入了學園都市。歐莉安娜‧湯森。魔法業界的著名「送貨人」，人稱「追蹤封鎖」的她，到底有何目的？

8月31日。一方通行在路上與一個奇異的少女相遇。而且好像在哪裡見過她──御坂美琴這天在宿舍前遇到一個男生，對方竟表示要跟她約會──至於上条當麻在同一天，則是有預感一天的不幸即將開始。因為他發現暑假作業根本還沒寫──8月31日，學園都市的暑假最後一天，他們各自的故事揭開了序幕…