故事发生在面积占据东京都的三分之一，居住着230万名人口且其中八成人口是学生的巨大都市“学园都市”。学园都市的学生均会接受超能力开发，借由药物、催眠术与通电刺激等方式取得超能力。能力者以范围和威力分为无能力者Level 0至超能力者Level 5。

主角御坂美琴是学园都市中仅七位超能力者Level 5的其中一人，排行第三。她是拥有操纵电击能力的“电击使”，因其特有的绝招(将硬币以音速的3倍的初始速度发射)“超电磁炮Railgun”而得名。

本作通过美琴的视角来描绘学园都市的平常而不平凡的日常生活，也叙述学园都市秘密进行非人道性质的实验，从而使大家对于本作及本篇《魔法禁书目录》的背景(世界观中科学侧)的认识慢慢变得清楚。
 

一般被称为是“大小姐学校”的名校“私立藤崎女子中学”（略称：藤女）的学生会执行部，因为会长的意向而有时会做“恋爱的研究”。随后被称为‘恋爱实验室’（原文标题ラボ(lab)=laboratory），以漫画的形式描绘“爱上恋爱的少女们”的学生会成员，进行恋爱研究以及他们实践的样子。

于两本杂志同时连载时、‘Manga Home’与‘Comic YELL!’（→‘Manga Time Special’）有各自的故事中心，因此有不同的主题、前者以学生会成员之间的互动为中心的“研究篇”。后者以リコ上的补习班的学生为中心，男女恋爱喜剧的要素相当强，被称为“实践篇”。‘Special’单独连载后，有一段时间前半为“研究篇”、后半为“实践篇”的形态，现在两个故事线正在整合。

虽然本传大致上为四格漫的形式、也有“特别篇”等采用故事形式的例外。

藤崎女子中学

常简称为“藤女”，学校法人名为“藤崎女学园”。从幼稚园（幼稚舎）到高校（大学以上不明）皆具备的女子教育名门。作品中该校创立有100多年。在作品中迎接创立100周年。坐落于“夏原市”。校规非常严格，禁止男女交往，禁止外出购买食品（莉子与真木到速食店时更换穿着），禁止带手机。也没出现骑自行车通勤的情况。

校服为绿色裙子加黄色上衣。

由于学生居住分布范围广，允许使用公共交通通勤。此外莉子与小铃持有IC卡。

いりきみ塾

补习班，被莉子的母亲用“让莉子能够考上藤女的奇迹之塾”形容。

交流会

市内各中学在暑假所举办的学生会交流会，藤女首次参加。

主角水柿司生活在一个使用机器人已为常态的时代。大学考试落榜后，他在父母利用关系下进入了专门制造并管理仿真机器人“GIFTIA”的大公司“SAI社”工作。而他所被分配到的部门是专门负责将到达使用期限的机器人报废的“终端服务课”。在那里，他遇见了不常显露感情的机器人艾拉，并跟她组成搭档。