To Aru Kagaku no Railgun เป็นอนิเมะแนวแอ็กชัน ไซไฟ และพลังเหนือธรรมชาติ ที่เล่าเรื่องราวใน "Academy City" เมืองแห่งวิทยาศาสตร์ซึ่งประชากรส่วนใหญ่เป็นนักเรียนที่ได้รับการพัฒนาพลังพิเศษ หรือที่เรียกว่า "เอสเปอร์" โดยตัวเอกคือ มิซากะ มิโคโตะ เอสเปอร์ระดับ 5 ผู้ได้รับฉายาว่า "Railgun" จากความสามารถในการควบคุมกระแสไฟฟ้าและยิงเหรียญด้วยความเร็วมหาศาลราวกับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า

แม้ภายนอกมิโคโตะจะดูเป็นเด็กสาวธรรมดา แต่เมื่อเกิดเหตุการณ์ลึกลับที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์เพิ่มพลัง "Level Upper" เธอและกลุ่มเพื่อน ได้แก่ คุโรโกะ, อุยฮารุ และซาเต็น ต้องร่วมมือกันสืบหาความจริง เบื้องหลังคดีเหล่านี้กลับเชื่อมโยงกับการทดลองลับและด้านมืดของ Academy City ที่ซ่อนอยู่ใต้ภาพลักษณ์อันก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์