动画改编自日本轻小说家入间人间的同名作品。

平凡的中学生鹿目圆（悠木碧 配音）有一个美满的家庭，在生活中她是个性格温顺又有爱心的好孩子。转学生晓美焰（斋藤千和 配音）的出现打破了小圆平静的生活，这个性格酷酷又体弱多病的黑长直少女似乎对小圆有着什么难言之隐。命运中的相遇出现了，小圆在路边救下了一只浑身是伤的奇怪动物 ，没想到这只动物居然会说人类

小维（广桥凉 配音）是一名标准的“电波少女”，表面上，她常常面无表情、一动不动，似乎无论这个世界发生了什么都跟她没有任何关系，但在内心里，有些孤独的小维还是希望能够得到他人的关心和友谊。

备长炭（野中蓝 配音）是一个身材娇小的蓝发少女，身着传统和服的她独自一人居住在林中的老屋之中。虽然独自生活有时会觉得孤独，但个性单纯开朗又勤劳的备长炭还是决定好好的珍惜每一天的时光。

幼时曾深陷绝望深渊的直枝理树，与4位少年少女相遇了。

由于童年的悲惨遭遇，直枝理树（堀江由衣 配音）的个性变得十分孤僻。长着一张娃娃脸，沉默寡言，没有朋友，这样的理树成为了大家眼里的怪胎。某一日，性格傲娇爱猫如命的枣铃（民安智惠 配音），正直开朗稳重可靠的枣恭介（绿川光 配音），四肢发达头脑简单的井之原真人（神奈延年 配音），成熟勇敢剑术一流的宫泽谦吾

故事发生在遥远的2061年，网络成为了维系社会平衡不可或缺的存在，并且已经发展到了凭借意识就能够自由连结的地步，然而，网络的极度发达带来的却是个人信息的不断泄露和被篡改，并且因此而引发了一系列严重的社会问题，犯罪事件频发。

在这个科技飞速发展的时代里，想要解读人类脑中残留的影像早已不是一件难题，一个专门利用此项技术侦破案件的组织——第九研究室应运而生。在室长薪刚（关智一 配音）的带领下，身强体壮的青木一行（浪川大辅　配音）、心理学者天地奈奈子（野中蓝 配音）等精明强干的队员们利用各自的能力破解着一桩又一桩扑朔迷离的案件

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过去，在被称作冬木的城市曾举行过由七位魔术师与英灵参加的“圣杯战争”。 然而趁着第二次世界大战的混乱，“某位魔术师”强行夺走了圣杯—— 数十年过去，千界树一族高举那个圣杯为象征，叛离了魔术协会，宣布独立。 愤怒的魔术协会派遣了刺客，但他们却遭到了召唤出的Servant的反击。