因为家人工作的原因，原本生活在繁华大都市的鹤木阳渚（高尾奏音 配音）搬到了风景秀美的乡下，并且进入了那里的学校就读。并不适应室外作业的阳渚本想加入学校的手工社团，哪知道在误打误撞之下遇见了名为黑岩悠希（筱原侑 配音）的前辈，在前辈的威逼利诱之下，阳渚最终加入了悠希所在的海堤社。个性大大咧咧，运动神经极为发达的帆高夏海（川井田夏海 配音）、性格沉稳，尤其擅长烹饪的大野真（明坂聪美 配音），再加上一个非常习惯恶搞社员，思维过于活跃和跳跃的社长悠希，阳渚充满了欢笑和汗水的课后部活就此拉开了序幕。
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小日向光（铃木绘理 配音）是一个性格开朗大大咧咧的女孩，神经过于大条的她常常会不经大脑的干出一些让人发笑的蠢事来。大木双叶（茅野爱衣 配音）则和她恰恰相反，沉默内向胆小怕事的她常常因为这样的性格而失去交朋友的机会，但命运让这两个个性大相径庭的女孩子相遇了，她们共同加入了潜水部。虽然表面看来十分暴力但实际上也有着温柔体贴的一面的二宫爱（大西沙织 配音）、吐槽担当二宫诚（梅原裕一郎 配音）、潜水部的顾问，对潜水运动充满了热爱的火鸟真斗（伊藤静 配音），在朋友和师长的围绕下，双叶渐渐树立了自信，找到了努力奋斗的目标和方向。
特别喜欢游戏和金平糖的高中生白柳启，有一天，被一个自称是魅音的神秘女子卷入了战场。 魅音对聚集起来的人们说：“你们已经没有户籍了。” “请成为实验观测器吧。”在场的每人都被给予了特殊的能力参加各种项目。 下定决心要摧毁这一组织的启，以谁都无法预料的能力和罕见的“脑”能力为武器，新时代的头脑派能力战斗开始。
“我毕业于东中，叫做凉宫春日。我对普通的人类没有兴趣。你们之中要是有外星人、未来人、异世界人或者超能力者的话，就尽管来找我吧。”这是凉宫春日的宣言，也是她对于平庸生活的挑战。我们可能在很小时就不再相信圣诞老人的存在，也慢慢不会再对外星人，特异功能等等产生幻想。在生活的教化下习惯于平淡无奇的生活。可是不安于现状的凉宫同学却勇敢的建立起SOS团，用强烈的意志去试图改造这个了无新意的世界。她的忧郁，究竟从何而来，又将从何而去。
在一片未知大陆上，有一座名为9号卫星城的城市，城中螺丝厂的螺丝扶正工芮梨在日复一日的枯燥工作中，逐步察觉到了这座城市的不真实。在神秘角色“Anull”的帮助下，芮梨获得了“换装”的超能力，并化身怪盗“天狼星”，为逃离这里秘密行动着。当世界的真相终于展现在自己眼前时，芮梨才发现，她真正的战斗才刚刚开始……
