玉木真理（水濑祈 配音）是就读于多多良西高中二年级的女生，生性活泼开朗的她是一个容易对新鲜事物产生好奇心的女孩，但是本性中的谨慎和胆小又让她对这些事物往往浅尝辄止，无法深入。这一天，真理邂逅了名为小渕泽报濑（花泽香菜 配音）的同学，她的母亲是一名南极观测队队员，因此，从 很小的时候起，真理就对南极这片冰封的土地充满了好奇。

在报濑的影响下，真理开始向往踏上南极的土地。性格开朗在便利店打工的三宅日向（井口裕香 配音）、虽然年龄小但意外的老成的白石结月（早见沙织 配音），在“南极Challenge”的队长藤堂吟（能登麻美子 配音）的带领下，少女们向着梦想开始了进发。

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上条当麻是学园都市的一名高中生。在这座位于东京都西部的封闭都市中，学生占到了总人口的八成，“超能力开发”被列为绝大多数学生的必修课，在Level 0到Level 5的等级排名上相互竞争。不幸地，上条当麻被评定为无能力者；但他的右手有着能将一切异能消除的不明力量，他本人称其为“幻想杀手”。似乎是连同神的祝福一同抹杀的关系，他每天都过着不幸的生活。

暑假的一天，在宿舍的阳台上，上条当麻遇见了一位挂在阳台栏杆上的修女。她自称“禁书目录Index”，脑海中装有十万三千册“魔道书”，正在从不为人所知的“魔法”世界逃亡。就这样，上条一脚踏进了魔法与科学的纷争。

本作的世界观以现实世界为蓝本，但并未说明详细历史时期，大致可以推测故事发生在虚构的近未来[d]。其历史与现实世界有共通点（如前两次世界大战、冷战等；亚雷斯塔更是现实中存在的人物），但也有显著的差异。

学园都市是科学势力的大本营，同时也是本作的主要舞台。位于日本东京西部，居住着230万人口，其中八成人口是学生，而这些学生大都是超能力开发的实验对象。学园都市具有领先世界20-30年的科技实力，掌握着多种近未来高科技兵器，并公开地培养超能力者；事实上是由统括理事会所主导的、严格封闭的国中之国。

而魔法势力则较为分散，主要由名目繁多的宗教组织和魔法结社构成，也有不属于任何组织的魔法师存在。教会势力中，十字教有三大主要教派：英国清教、罗马正教和俄罗斯正教（分别以英国圣公会、天主教和东正教为原型）；而魔法结社则包括以黄金黎明为源头的黄金系结社、依靠北欧神话理论的“捣蛋鬼”，阿兹特克系的“有翼者的归来”等。魔法势力之间常会出于各自不同的目的互相斗争，魔法师出于个人信念私自行动的现象也广泛存在。

在魔法势力与科学势力之外，尚有两不从属的一般组织与国家，如美国；作品中也出现了许多虚构的政权，除学园都市外，还有“伊莉沙里纳独立国同盟”、“巴格吉城”等。

本作中，除“现实世界”之外，尚存在更高等级的、无法以一般手段探知的其他次元的“位相”；神、魔神、天使、妖精、无法以语言名状的高等级存在[e]，也均在作品中有所提及。

故事以中世纪欧风世界为舞台，喜欢看书的侯爵千金「依莉亚娜」与王太子「克里斯朵夫」为了各自的需求，订下有名无实的婚约。某日依莉亚娜误会王子找到真正心爱的女孩，做好了取消婚约的准备，因而展开各种事件并卷入王家的阴谋。

原作小说原先于小说投稿网站「成为小说家吧」进行连载，后由一迅社进行出版，另有改编为漫画版