新学年开始，樱丘高中轻音部因原有部员全部毕业离校而无法达到部员4人的最低人数。轻音部新成员只有秋山澪和田井中律。温柔可爱的千金大小姐琴吹?因觉得田井中律及秋山澪的互动很有趣而入社；平泽唯在阴差阳错的情况下把“轻音”当作“轻松的音乐”，又想起小时候玩响板得到老师表扬，所以申请入部。于是，便有了贝斯手秋山澪、吉他手平泽唯、鼓手田井中律及键盘手琴吹?。后来新成员中野梓加入轻音部，成为第二名吉他手。
原作并无特别设定场景，在确定动画化后，负责制作之京都动画虽然将生活圈设定于关东地区，但将许多京都地区景色包含其中：琴吹?平日通学时搭乘电车与候车月台参考自京都市内营运的叡山电铁本线出町柳站与修学院站，主角们上下课的沿路和快餐店则参考京都市左京区北山通和白川通一带，而乐器店和商店街即参考自京都市四条河原町一带的商业区；三年级学生修学旅行当中所出现知名历史文化建筑，如金阁寺、北野天满宫、今宫神社等。主角们就读的樱丘高中，动画版称为樱丘女子高中（桜が丘女子高等学校），以滋贺县犬上郡丰乡町丰乡小学校旧校舍为蓝本；此地因动画播出，成为许多动漫迷圣地巡礼地点之一。
“我毕业于东中，叫做凉宫春日。我对普通的人类没有兴趣。你们之中要是有外星人、未来人、异世界人或者超能力者的话，就尽管来找我吧。”这是凉宫春日的宣言，也是她对于平庸生活的挑战。
我们可能在很小时就不再相信圣诞老人的存在，也慢慢不会再对外星人，特异功能等等产生幻想。在生活的教化下习惯于平淡无奇的生活。可是不安于现状的凉宫同学却勇敢的建立起SOS团，用强烈的意志去试图改造这个了无新意的世界。她的忧郁，究竟从何而来，又将从何而去。
虽然同班同学阿虚、寡言读书少女长门有希、萌萌学姐朝比奈实玖瑠、神秘转校生古泉一树等人都被她牵扯进来，但是阿虚以外的三人却有着凉宫春日不知道的大秘密。
集数调乱次序
由于集数和内容上的限制，制作团体希望把《凉宫春日的忧郁》最后一章当作2006年版本结尾。结果有人想出把集数调乱播放的想法，为动画界上史无前例，同时亦代表着凉宫春日这个角色本来就厌倦世俗眼光，不喜欢人生平铺直叙地渡过，亦能够在视觉上让观众感受到角色凉宫春日的定位桥段之一。但因为这手法与故事中的时空观和剧情并没有太大关连，因此是一种联想式科幻手法。
朝比奈实玖瑠的冒险 Episode 00
制作团体为了表现学生社团自行拍摄电影时所犯的的错误，故意采用低劣作画，如光源失误的重现，无关的路人或工作人员被拍进去，和登场人物讲台词非常不自然的现象等等，而只使用 4:3 的显示范围更是造成轰动。据制作团体表示，采用朝比奈实玖瑠的冒险Episode00作为2006年版第一话是希望观众在视觉底下体会到凉宫春日的烦闷。
Someday In The Rain
在《Someday In The Rain》中，演出的山本宽打破了原作故事由主角第一身视野自述构成的界限，于这个原创集数加插第三身的视野去解构角色。最明显的部分是SOS团的社团教室改以远镜显示全景，而非其他集数所用的近镜和人物大特写。另外，长门有希于社团教室读书的实况，背景广播更加入来自日本各地的名句，以动漫界为主;中国香港J2版则加入地道名句，同样以动漫界为主。参看下方〈中国香港版本的本地化译制、“非常烂对白”环节〉段落。
取景
剧中大部分的场景，取自兵库县的西宫市，而每次SOS团校外活动的集合地点“光阳园车站”，是取自市内的甲阳园车站。而剧中的县立北高等学校，也是取自兵库县立西宫北高等学校，而这间学校也是作者谷川流的母校，这间学校之前也因为阪神大地震中而遭到破坏。
人物表情
监督石原立也于《涼宮ハルヒの公式》的访谈中称，希望能尽量避免一般动画中“人物头上冒汗珠，或者额头上画井号表示生气”这种平常在漫画中常见的表现方式。如此一来虽然是动画，但人物的表情却近似于真人(如忧郁3中春日的嘟嘴表情)，十分的生动活泼。
马勒(Gustav Mahler)第八交响曲的引用
在动画播放顺序第六集(观看顺序十四集)，在14分55秒开始，引用马勒的第八交响曲第一部分后半为背景音乐，至19分12秒为止。(由第258小节开始，至约第431小节终)
名作致敬
例如《神秘信号》故事中，古泉的绝招便是同样由京都动画所制作的惊爆危机系列作的副标题。《Live Alive》中，看板上的“恋爱的必杀咖喱(恋の必殺カレー)”便是十八禁美少女游戏《To Heart 2》中柚原春夏的拿手料理。第八集“孤岛症候群.后编”的后半段，春日在进行推理的场景，有着模仿逆转裁判内人物动作的戏份。被模仿的角色主要是成步堂龙一(凉宫春日)和御剑怜侍(古泉一树)。朝比奈于后段也有稍稍模仿绫里真宵的颔首动作。除此以外不胜枚举。
片尾曲《ハレ晴レユカイ》舞步
对于制作团体自身而言，片头曲和片尾曲其实都能够演绎角色，跟大多动画公式的低成本分镜演出和预算截然不同。其中片尾曲《ハレ晴レユカイ》(晴天好心情)播出后大受欢迎，片中SOS团团员5人以凉宫春日为首跳出舞步，故大部分人称之《SOS团团舞》或《凉宫舞》。部分人更把自己跳舞的片段上载，世界各地亦有组织表演此舞。及后，官方更推出了完整版的凉宫舞片段。
猫人(ねこマン)
原作小说没有的角色，曾于动画官方网站、动画中的赞助厂商列表之背景、〈射手座之日〉里实玖瑠舰队等多处登场。事实上是替凉宫春日献声的声优平野绫所绘。平野绫在片头曲的歌词上的涂鸦作品，被石原立也监督看见，于是让它们在动画中出场。猫人的特点是额头上有各式各样的文字。
官方网站
动画的官方网站也故意不采用一般动画网站的模式，而是直接将书中SOS团所制作的官方网站重现在现实的互联网上。除了模仿完全没有设计网站才能的阿虚所制作出的网站外，在各集播出后，网站也有所更动：〈神秘信号〉先后播出后，本来SOS团的团徽便改为ZOZ团);。2006年12月18日至21 日其间，为了将《凉宫春日的消失》的剧情反映出来，官方的网站因此而“关闭”了三天。在另外网站中也置放了在剧中凉宫春日所拍摄，朝比奈实玖瑠的角色扮演照片，不过却没有直接的超链接，而是需要由爱好者自行发现，现在已删去。于7月7日(日本是在公历七月七日庆祝七夕而非农历七月七日)，网站会先跳至七夕许愿页面，将〈竹叶狂想曲〉的剧情反映出来。
凉宫春日的叹息动画和小说的关系
凉宫春日的忧郁小说第二本“凉宫春日的叹息”有275页，而在2009年版动画所播放的五话凉宫春日的叹息在剧情上刚刚平分了页数，即55页一话，每一话故事都刚好在每55页完结的位置停止，所以会看见这五话中结尾和开头会有点奇怪。
登场过的吉他型号
在动画第十二集《Live Alive》里登场的吉他分别为
凉宫春日-品牌：Italia 型号：Mondial Classic
长门有希-品牌：Gibson 型号：LTD SG Special Classic White
在“凉宫ハルヒの激奏”演唱会里平野绫拿的吉他为
品牌：Fender 型号：MUSTANG RED 1969
东云研究所中，自称为博士的8岁萝莉制造了机器人东云名乃作为自己的保姆，而东云名乃一直憧憬成为一名普通女生，渴望能过上正常的学校生活，却因为背上的发条而感到自卑。她们两个与宠物黑猫（年龄按人类标准为20岁且戴上博士制作的围巾能说话的阪本先生）一起过着平淡而有趣的日常生活。时定高中里，活泼且天然呆的吐槽女相生祐子、擅长绘画的腐女长野原美绪、黑发眼镜女水上麻衣三位好友上演着一出出奇特的闹剧。两组主角的命运在东云名乃前往时定高中上学后交织在一起。本作中出现了还外表看似不良少年实质很乖巧的男生中之条、热爱麻糬的爆炸头男、被枪或火箭炮打到都不会死的演剧社社长等等。