La historia se sitúa en Ciudad Academia, una ciudad tecnológicamente avanzada localizada al oeste de Tokio que se especializa en el desarrollo de poderes psíquicos, pero también se sitúa en un mundo donde la magia es real. Touma Kamijou es un estudiante de instituto que posee en su mano derecha un misterioso poder llamado Imagine Breaker, el cual puede negar cualquier fenómeno sobrenatural ya sea psíquico o mágico, lo que también anula su propia buena suerte. Un día encuentra a una chica llamada Index colgada de su balcón. Ella es una monja que posee en su mente el Index Librorum Prohibitorum, el cual es una colección de 103.000 libros mágicos. Cuando los caminos de la ciencia y la magia se cruzan, esta historia comienza.

En una ciudad donde gran parte de las personas tiene poderes sobre humanos que pueden ser explicados por medio de la ciencia, Misaka Mikoto es conocida como “Railgun” uno de los pocos Esper que llegaron al nivel 5 el máximo nivel de poder que se puede poseer.