作品是由P.A. Works制作的原创电视动画。以福井县坂井市三国町周边区域为范本设计出的都市“日乃出滨”为舞台，描写6名高中生的青春故事.

深水透子（深川芹亚 配音）是一位看似平凡的高中三年级学生，因为家中经营着一间玻璃工厂，所以，可以反射影像的玻璃在透子的生活中随处可见。从很小的时候，透子便发现自己拥有一些神奇的能力，可以从玻璃的反射中看到莫名的影像，只是透子并不知道这些影像究竟代表了什么。

某一天，一位名叫冲仓驱（逢坂良太 配音）的转学生出现在了透子的身边，驱告诉透子，自己和她有着相同的经历，只是透子看到的是影像，而他则能够听到声响，这些影像和声响结合起来，便成为了能够预示未来的残片。当发现未来并不如想象中那样美好之时，透子和驱会做出怎样的选择呢？

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千叶县立总北高中的新生小野田坂道是个热爱动漫、游戏和秋叶原的御宅族。由于在国中时没有遇到同样喜好的同学，所以他打算进高中后一定要加入动漫研究社，不过却因社员不足而中止活动。面对这种状况，坂道因此意志消沉。另一方面，同样是高一新生，国中时活跃于各大自行车比赛的今泉俊辅，某日在训练时见到坂道骑车爬坡的过程，故事从此展开……。

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。