Toaru Majutsu no Index bercerita tentang Kamijou Touma yang hidup di Academy City, tempat yang sangat maju dalam hal teknologi. Meskipun masuk dalam peringkat pelajar esper tingkat zero (tidak memiliki kekuatan), tangan kananya memiliki kekuatan yang disebut Imagine Breaker, kemampuan yang akan meniadakan kekuatan esper apapun. Di siang yang panas, Touma menemukan seorang gadis bernama Indeks yang mencoba melarikan diri dari Necessarius, sebuah organisasi sihir, Indeks mengaku bahwa dia adalah anggota organisasi tersebut. Indeks diberkati dengan keterampilan menghafal dan mengingat informasi apapun, dia memegang 103.000 buku sihir terlarang dalam kepalanya. Untuk melindungi Indeks sang perpustakaan berjalan, Touma harus menghadapi banyak bahaya dari serangan para espers dan penyihir yang muncul di kota ilmiah tersebut.