L'histoire de la série se passe dans un univers où la magie et les pouvoirs surnaturels existent. Elle se focalise autour d'un lycéen, Tohma Kamijyo, qui a le pouvoir d'annuler toutes magies ou pouvoirs. Il va faire la rencontre d'une nonne de l'Église d'Angleterre, Index, qui est poursuivie parce qu'elle a dans son cerveau, une connaissance interdite des 103 000 volumes de magie. Pourchassée par l'organisation de la Kaballe, Index sera aidée de Tohma pour survivre et livrer son savoir à l'église. Quand la science et la magie se rencontrent, l'histoire commence...

To Aru Kagaku no Railgun est une histoire parallèle de To Aru Majutsu No Index. L'histoire se place donc dans la Cité Scolaire, dont l'avancée technologique se situe à 20 ans de différence par rapport au reste du monde et où 80% des habitants sont des étudiants. La plupart possède même des pouvoirs psychiques, classés en "level", dont le 0 en est l'absence et le 5 est le plus fort. L'intrigue tourne autour de Mikoto Misaka, 3ème plus forte des Level 5.

Kwenser Barbotage est une jeune personne qui s'est engagé dans la base militaire de l'Alaska pour étudier Heavy Objects. Les Heavy Objects sont des armes révolutionnaires qui ont complètement chamboulé le destin de la guerre. Kwenser va faire la rencontre de Milinda Brantini qui est elle aussi une pilote d'Heavy Objects. A eux deux, ils vont vite découvrir les véritables enjeux concernant ces armes.