在一之濑学园，家境清寒的优秀高中生唯我成幸，为了获得免缴学费的大学“特别VIP推荐资格”，必须要辅导三位女同学考上与她们不擅长的科目领域的志愿学校。古桥文乃是文科天才，但不擅长理科；绪方理珠是理科天才，但不擅长文科；武元润香是运动健将，但她不擅长其它学科，特别对英文感到恐惧。唯我成幸在教导三人的过程中逐渐与她们产生恋爱情愫。负责督促他们的教师桐须真冬过去是花式滑冰选手，她认为文乃和理珠应该选择与自己才能相符的科系，而不是与兴趣相符的科系，以免重蹈自己年轻时的覆辙；唯我成幸还在补习班遇见重考生小美浪亚澄，她志愿考上国立大学医科。
作品有五个结局，决定结局的情节是一之濑学园的文化祭，有一个关于文化祭的“魔咒”，在第一发烟火绽放时，于文化祭的后夜祭里，触碰到彼此的两人将成为情侣。而在后夜祭的剧情中，成幸和某个人牵起了手，但对方的身分并未公开。在这五个结局中，成幸分别和五位女主角中的其中一位结为连理，而这个对象便是当初在后夜祭上与他牵手的人。此外还有第六个较短的结局，该结局提到这个魔咒是成幸已故的父亲在年轻时造成的。
作者于单行本后记表示，不会明确说出哪一个故事才是真正的结局，而是交给读者的决定，并表示即使某个结局的其它女主角们没有和成幸在一起，也依然幸福且各有成就。
每集列表
| 话数 | 日文标题 | 中文标题 | 分镜 | 演出 | 作画监督 |
|---|---|---|---|---|---|
| 第一期 | |||||
| 第1话 | 天才と[X]は表裏一体である | 天才与[X]是表里一体的 | 岩崎良明 | 曾根利幸 | 佐佐木政胜 |
| 第2话 | 魚心あれば、天才に[X]心あり | 若有鱼心（若有好感） 天才亦有[X]心 | 井出安轨 | 山口美浩 | |
| 第3话 | 天才は[X]にも心通ずるものと知る | 天才知晓[X]也是通心之物 | 曾根利幸 村上勉 |
北川正人 | 清水博幸 |
| 第4话 | 彼女が天才に望むもの即ち[X]である | 她向天才所期望的东西即是[X] | 村上勉 | 佐藤弘明、和田贤人 森田实、臼田美夫 |
|
| 第5话 | 林間の天才は[X]に迷走する | 林间的天才迷路于[X] | 武市直子 | 曾根利幸 | 小堤悠香、樱井祐哉 饭饲一幸、中山和子 松下纯子 |
| 第6话 | 天才[X]たちは、かくして勉強ができない | 天才[X]们如此这般无法学习 | 井出安轨 | 山口美浩 伊藤达文 |
伊藤真理子 |
| 第7话 | 前任者の秘匿領域は[X]な有様である | 前任者的秘密领域正如[X] | 林直孝 | 横山广行 | 森田实、北岛勇树 高桥宏郁、和田贤人 佐藤隆雄、ぐんそう |
| 第8话 | 天才の一挙手一投足は時に[X]を翻弄する | 天才的一举手一投足有时会玩弄[X] | 村上勉 | 清水博幸、南信一郎 松下纯子 |
|
| 第9话 | 禁断の地にて彼は、[X]が為奮闘する | 在禁断之地的他为了[X]而奋斗 | 伊藤浩 | 曾根利幸 | 小堤悠香、樱井祐哉 饭饲一幸、中山和子 松下纯子 |
| 第10话 | かの新天地にて迷える子羊は[X]と邂逅する | 在那片新天地 迷路的羔羊与[X]邂逅 | 井出安轨 | 球野贵裕 | 伊藤真理子 |
| 第11话 | 威厳ある先任者は時に[X]にかしづく | 有威严的前任者有时会照顾[X] | 宫崎渚 | 北川正人 | 佐藤弘明、北岛勇树 森田实、高桥宏邦 |
| 第12话 | 天才は時に[X]をともに分かち追懐する | 天才有时会与[X]一同追忆过去 | 难波七 | 村上勉 | 桥口翔太郎、佐藤弘明 南信一郎、高桥宏郁 河村凉子、青木真理子 五十子忍 |
| 第13话 | 天才の目に天の光はすべて[X]である | 在天才眼里 上天的光全都是[X] | 井出安轨 | 伊藤浩 | 小堤悠香、樱井祐哉 饭饲一幸、中山和子 松下纯子 |
| OAD1 | 渚に失せものありて先人は艷然お[X]する | 在沙滩上丢失物品的前辈嫣然地[X] | 东亮佑 | 德田拓也、荻原省智 辻浩树、樱井拓郎 |
|
| 第二期 | |||||
| 第1话 （第14话） |
天才と彼はその[X]なる判定に銘々慮る | 天才和他对那[X]的判定各有所思 | 宫崎渚 | 横山广行 | 清水博幸、森田实 |
| 第2话 （第15话） |
先人の誇りは時に[X]どもの事情と背反す | 前人的骄傲偶尔会违背[X]们的情况 | 井出安轨 | 北川正人 | 桥口祥太郎、高桥宏郁 宫かなえ |
| 第3话 （第16话） |
天才は変遷する季節と[X]模様に憂う | 天才因变迁的季节和[X]的样子而忧 | 宫崎渚 | 桥口翔太郎、佐藤弘明 高桥宏郁 |
|
| 第4话 （第17话） |
時に天才は限定された[X]において奮闘する | 天才偶尔会在限定的[X]奋斗 | 布一初女 | 渡边叶 | 伊藤真理子 |
| 第5话 （第18话） |
心尽くしの賜物は時に[X]の錯綜となる | 尽心的礼物偶尔会成为[X]的错综 | 井出安轨 岩崎良明 |
又野弘道 | 樱井祐哉、小堤悠香 |
| 第6话 （第19话） |
彼らは安んぞ面する[X]の志を知らんや | 彼辈焉知面向[X]之志 | 川野麻美 | 横山广行 | 森田实、小松沙奈 高桥宏郁、桥口翔太郎 河村凉子、佐藤弘明 |
| 第7话 （第20话） |
人知れず天才は彼らの忖度に[X]する | 不为人所知的天才为他们的考量而[X] | 中津环 | 上原秀树 | 清水博幸、森悦史 宫かなえ、须田力也 高桥宏郁 |
| 第8话 （第21话） |
ゆく[X]の流れは絶えずして… | 流淌的[X]潺潺不绝 | 宫崎渚 | 前园文夫 | 萩原省智、辻浩树 樱井拓郎、清水拓磨 |
| 第9话 （第22话） |
最愛の星に[X]の名を（前編） | 给最爱的星星赋予[X]之名（前篇） | 中津环 | 池田重隆 | 小堤悠香、樱井祐哉 中山和子、饭饲一幸 |
| 第10话 （第23话） |
最愛の星に[X]の名を（後編） | 给最爱的星星赋予[X]之名（后篇） | 宫崎渚 | 北川正人 | 和田贤人、前田义宏 高桥宏郁、宫かなえ 盐泽枢、服部宪知 佐藤弘明 |
| 第11话 （第24话） |
祭のはじめは矢継ぎ早 彼らに[X]が降りかかる | 祭典的开始[X]不断向他们袭来 | 中津环 | 上原秀树 | 清水博幸、森悦史 青野厚司、竹上贵雄 |
| 第12话 （第25话） |
祭の騒ぎは留まらず[X]どもは茨の道を往く | 祭典的喧嚣留不住[X]们去往荆棘之路 | 又野弘道 | 矶野智、奥田泰弘 樱井祐哉、萩原省智 辻浩树、德田拓也 清水拓磨、樱井拓郎 |
|
| 第13话 （第26话） |
祭の終わりは寂しくも華やかに[x]どもを祝福する | 祭典结束后的寂寞也能给[X]们绚烂的祝福 | 中津环 | 前园文夫 | 小堤悠香、樱井祐哉 |
| OAD2 | チャペルの鐘は[X]を祝福する | 教堂钟声祝福[X] | 中津环 | 球野贵裕 | 小堤悠香(st.シルバー) |
“这虽然是游戏，但可不是闹着玩的(これは、ゲームであっても、遊びではない)。” 2022年，大厂牌电子机械制造商“ARGUS”发表了-“NERvGear”-能连结虚拟世界的机器。完全且普及的虚拟现实终于能够实现。
艾恩葛朗特篇(アインクラッド，Aincrad)
第1部。小说版：第1・2卷、第8卷、进击篇(プログレッシブ);动画版：第1-14话(第1期)
桐人(桐谷和人)是使用NERvGear 游玩VRMMORPG“Sword Art Online”的玩家。很幸运的参与过封闭测试、并买下正式版的和人，在2022年11月6日与正式营运就马上“完全潜行Full Dive”的9999名玩家一起，享受着正式版的SAO世界。
但感动是短暂的，四小时多后，桐人发现封测时确实存在的登出指令竟然消失。认为只是系统暂时出错的桐人以及开始陷入混乱的所有玩家一起被传送到开始地点广场，但头上传来的不是等待许久的故障公告，而是自称是SAO游戏设计者“茅场晶彦”的人淡淡开始的死亡游戏说明：不能登出是游戏的正常现象，只有打倒位于“艾恩葛朗特顶楼第100层的Final Boss”——达成完全攻略——才是离开这个世界唯一的方法。并且，在游戏内Game Over或是尝试脱下NERvGear，玩家会立刻被NERvGear发出的高频率微波破坏脑部而死亡。
因为恐惧的影响，最初的一个月内死亡人数就突破了2000多人，然而玩家们终究习惯了这个真实存在的异世界。两年后的今日(2024年10月17日)，尚有6000多名玩家存活，最前线已推进到第74层，桐人在第74层中使出了二刀流，并打倒了头目-青眼恶魔。在第75层中，桐人发现血盟骑士团的团长-希兹克利夫就是最终Boss茅场晶彦...
进击篇(プログレッシブ)
第1部前传。小说版：《SAOP》第1～卷;动画版：第2话(第1期)
死亡游戏开始后的一个月(2022年12月2日)，在艾恩葛朗特当中已经有约二千名玩家死亡。谁都无法突破第1层而封测玩家与一般玩家陷入一直互不相让的时候，由自称骑士的玩家迪亚贝尔主导终于举行首次的头目攻略战。于是桐人(黑色剑士)在那场第1次头目攻略战会议场合中与帮忙的少女亚丝娜(未来的血盟骑士团副团长)变成组成二人组。但是迪亚贝尔因为在楼层头目的战斗中身故的结果，桐人为了平息封测玩家与一般玩家的对立而不得已被迫自封“封弊者”的恶名，失去形象的攻略玩家们也因为攻略方针的不同而彻底分裂为二个派别，更进一步从内部煽动派别对立对玩家们对战滥杀(PK)，也就是拟意图逾越杀人界线“煽动PK集团”的样子现象。尽管桐人与亚丝娜在攻略集团当中身受立场微妙，又私底下对立与煽动PK集团派别之间的暗潮汹涌居中协商而奔走的同时亦自行前往挑战攻略艾恩葛朗特。
妖精之舞篇(フェアリィ・ダンス，Fairy Dance)
第2部。小说版：第3・4卷;动画版：第15-25话(第1期)
经过桐人(桐谷和人)和希兹克利夫在艾恩葛朗特75层的死斗后，包括桐人在内的6000名SAO玩家，回到了现实世界。但包括明日奈在内，尚有300名玩家仍然昏迷不醒。SAO的营运公司也被明日奈父亲的公司收购。在2025年1月19日，和人探望仍在病床的明日奈时，遭到明日奈父亲的养子须乡伸之的鄙视挑衅。之后和人从在艾基尔那得到了亚丝娜可能被囚禁在另一款VRMMORPG“Alfheim Online”的情报。桐人为了解救亚丝娜而进入了该游戏，初到这异世界时，遇见了自己的表妹莉法(桐谷直叶)...
幽灵子弹篇(ファントム・バレット，Phantom Bullet)
第3部。小说版：第5・6卷;动画版：第1-14话、第14.5话(第2期)
桐人(桐谷和人)在莉法等人的帮助下、打破须乡伸之阴谋救出亚丝娜后的2025年12月。
菊冈诚二郎以半威胁半利诱的方式请和人协助调查发生在VR射击游戏“Gun Gale Online”内的奇异事件：“自称‘死枪(Death Gun)’的玩家拥有枪击游戏内角色而杀死现实玩家的能力。”
第一次进入这陌生的世界的桐人，首先须适应的是自己身体成了长发伪娘，而在一阵手忙脚乱之中，遇有着天蓝色短发的女孩伸出援手，与桐人联手挑战“死枪”……
圣剑Excalibur篇(アーリー・アンド・レイト，Calibur)
外传。小说版：第8卷;动画版：第15-17话(第2期)
在结束“死枪事件”后，桐人(桐谷和人)回到ALO进行游戏，来自GGO的新伙伴“诗乃”也在ALO 建立了新角色——猫妖族弓箭手后加入了桐人的队伍。2025年12月28日，一行人决定前往ALO的“幽兹海姆”，目标取得最稀有道具“圣剑Excalibur”的新冒险。本篇故事的神话设定取自《诗体埃达》(Poetic Edda)的《皇家手稿 - 索列姆之歌(英语：Þrymskviða)》(Thrym's Poem)。
圣母圣咏篇(マザーズ・ロザリオ，Mother's Rosario)
外传。小说版：第7卷;动画版：第18-24话(第2期)
“死枪事件”结束的数周后(2026年1月)。在某次ALO大型改版时，导入了崭新的“原创剑技”系统。而在ALO的艾恩葛朗特24层出现一名谜样女孩，她以自己前所未见的十一连击原创剑技作为赌注与别人进行决斗。击败了甚至包含未开启二刀流的桐人(桐谷和人)在内的60名玩家，而赢得“绝剑”的称号。
对此产生兴趣的亚丝娜开始寻找这位拥有比桐人更快反应速度的玩家。在亚丝娜与她对决后，这名女孩邀请亚丝娜加入自己的队伍，并拜托亚丝娜一件让亚丝娜意想不到的事情。同时意外的牵扯出这名女孩背后一连串的故事。
序列之争 (オーディナル・スケール，Ordinal Scale)
是原作川原砾依据《刀剑神域》小说为基础的全新作品，并以电影化方式制作。
2026年4月，划时代的新型AR(增强现实 )专用可穿戴式装置“Augma”，搭配《序列之争 》(Ordinal Scale，OS)开始贩售。
剧情主轴承接动画版第二季的时间序之后
主条目：刀剑神域：序列之争
Alicization 篇(アリシゼーション，Alicization)
第4部前半部分(人界篇)。小说版：第9～14卷;动画版：第1-24话(第3期第1部)
“死枪事件”结束的半年后(2026年6月)，桐人(桐谷和人)答应菊冈诚二郎去参加新款OLG的测试。没想到在打工空档时，在现实世界中竟遇上艾恩葛朗特时的杀人公会“微笑棺木”、也是“死枪”事件的余党前来复仇。在和人负伤送医后，从病房中消失。亚丝娜为了寻找和人，找上茅场晶彦的恋人——神代凛子寻求其协助。
Alicization Under World 大战篇(アリシゼーション アンダーワールド大戦，Alicization War of Under World)
第4部后半部分(大战篇)，简称“WoU”。小说版：第15～18卷;动画版：第1-话(第3期第2・3部)
桐人与将人界人民变成可怕武器的“公理教会”以及身为人界统治者系统管理者亚多米尼.史特蕾达的艰苦战斗结束的代价是尤吉欧过世与本身失去意志。与桐人并肩作战的“整合骑士”爱丽丝带着桐人远离卢利特村过着与世无争的生活。但是知情人界与暗之国的全面战争一触即发的爱丽丝带着桐人前往战场。另一方面在现实世界当中设置Under World的“海龟”设施因为神秘袭击者们而受到占领。亚丝娜携手桐人为营救苏醒的完全人工智能爱丽丝决定登入Under World。然后开始率领袭击者们取得人类灵魂的加百列也以暗神贝库达身份登入Under World并拟以侵略人界夺取爱丽丝，虽然这样拉大对抗爱丽丝们人界军战力落差之际因为亚丝娜以创世神史提西亚之姿降临参战而扭转。但是因为海外VRMMO玩家大量投入的策略使得双方陷入混乱，爱丽丝因为加百列趁火打劫不幸地被绑架而人界军与暗之国军暂时停战遂转向营救，在那里出现的是同样化身女神的莉法与诗乃，响应结衣的愿望而前来营救的克莱因们日本的VRMMO玩家们。再次陷入战况当中是这次身为加百列部属的瓦沙克是SAO最坏的杀人魔PoH率领全新的势力，对着亚丝娜们的身心穷追不舍。
Moon cradle 篇(ムーン・クレイドル，Moon Cradle)
第4部外传。小说版：第19・20卷
桐人与亚丝娜被困Under World 200年期间初期发生的故事。
在大战终结而成为一个Under World当中人界与暗之国的人们开始往来，成为人界方代表的桐人考虑到这种和平无法长久、应该避免争端而向Under World宣传着现实世界的先进技术。在那当中不幸再次发生不应该发生的杀人事件，在这事态之际桐人开始与成为见习整合骑士的学妹骑士罗妮耶共同搜查。
Unital Ring 篇(ユナイタル・リング，Unital Ring)
第5部。小说版：第21卷、第23～卷
桐人与亚丝娜从Under World回归现实世界一个半月之后(2026年9月)，虽然在现实世界获得身躯的爱丽丝面貌就在ALO小木屋中的桐人与亚丝娜们身旁，却不幸地突然遭到强制转移到谜一般的游戏“Unital Ring”。强制转移开启了来自超过数百种虚拟世界将近数十万玩家规模人数的残酷开放世界生存游戏的序幕。