À la Cité Académique, un campus pour les enfants dotés de talents surnaturels, Mikoto fait forte impression sur un comité d'école lorsqu'elle déjoue un braquage.

Lorsque Mikoto se fait des amies dans son nouvel établissement, Kuroko, qui s'est entichée d'elle, devient jalouse.

Trempée lors d'une sortie, Ruiko emprunte un uniforme de Tokiwadai et devient la cible de mystérieuses agressions au taser dirigées contre les élèves de cette école.

Suite à une discussion sur les légendes urbaines avec ses amies, Mikoto découvre que plusieurs histoires sont avérées et que son ami Tōma est directement concerné.

Entraînée par la fougueuse Kuroko dans une tentative pour arrêter des voleurs de voiture, Kazari est blessée. Kuroko se souvient alors d'une promesse qu'elle a faite.

Les membres de Judgment traquent un esper renégat capable de faire exploser l'aluminium. Mikoto saute un peu trop vite sur l'occasion de travailler avec eux.

Tandis que l'attaque de gravitation se poursuit, Kuroko et Mii découvrent que la véritable cible est les membres de Judgment et que Kazari est la prochaine sur la liste.

Lorsque tout porte à croire que le mythique Level Upper existe bel et bien, Mikoto tente de découvrir la vérité et déclenche une succession d'évènements détonants.

Bloquée au niveau 0 des espers, Ruiko accède au Level Upper en secret et se fait fort d'arrêter une attaque grâce à lui, mais Kuroko intervient pour empêcher un désastre.

Pendant que Kuroko traque d'autres élèves en proie aux mêmes tentations que Ruiko, celle-ci parvient à utiliser le Level Upper, avec des conséquences dramatiques.

Alors qu'elle combat Harumi, la créatrice du réseau Level Upper, Mikoto a des visions qui font la lumière sur les motivations de la jeune femme.

Les tentatives de Mikoto pour arrêter le monstre surgi de la tête d'Harumi ne font que le renforcer. Incontrôlable, le réseau Level Upper torture ses utilisateurs.

Kinuho, Maaya, Mikoto et plusieurs étudiantes posent dans un studio photo en maillots de bain. Mais le générateur de décors holographiques a un dysfonctionnement.

Ruiko entame une nouvelle classe destinée à apprendre aux anciens utilisateurs de Level Upper comment atteindre leur potentiel dans la vie réelle.

Quand un gang anti-esper appelé Big Spider attaque Mitsuko, Mikoto et Kuroko se lancent à leur poursuite et tentent de découvrir qui est l'homme venu en aide à leur amie.

À la suite de l'attaque de Big Spider, Anti-Skill se met en campagne contre des gangs similaires et Mii fait des révélations concernant l'étrange Kurozuma.

Mal à l'aise dans son rôle de surveillante, Tsuzuri rencontre un garçon du nom de Kounoe et chacun trouve en l'autre une source d'inspiration inattendue.

Kuroko et Mikoto suivent la surveillante principale lors de son jour de congé. Mais au lieu de détails croustillants, elles la découvrent sous un jour inattendu.

Ruiko et Kazari sont invitées au Festival de l'été par Mikoto, mais le concert de violon que cette dernière doit donner la rend soucieuse.

Kazari accueille une nouvelle colocataire, Erii, tandis que le campus est secoué par l'activité sismique d'un Poltergeist mystérieux et potentiellement dangereux.

Le Poltergeist continue à se manifester. Mikoto et Kuroko soupçonnent Erii, mais les transes de la nouvelle élève sont liées à sa relation avec une amie perdue.

Heaven Canceller se décide à relâcher Harumi afin d'arrêter le Poltergeist qui menace à présent l'existence même de la Cité Académique.

La véritable identité de Therestina est enfin révélée. Mitsuko empêche Mikoto de la combattre seule et ensemble, elles vont tenter de sauver les prisonniers.

Les espers déjouent une embuscade et s'efforcent d'arrêter Therestina avant qu'elle ne parvienne à faire passer Erii au niveau 6 et à détruire la Cité Académique.

Mikoto et sa bande rendent visite à Banri à l'hôpital, mais un criminel prend Erii en otage et un violent combat se livre sur le toit.

Mikoto enquête sur l'apparition de mystérieuses enveloppes remplies d'argent liquide qui semblent impliquer une étudiante affirmant qu'elle peut tuer d'un simple contact.

En exploitant un indice trouvé lors de sa précédente enquête, Mikoto découvre que l'ADN dont elle a fait don a servi à créer des clones, les « Sisters ».

Une fois la rumeur autour de ses clones dissipée, Mikoto s'offre une séance shopping avec Kazari et Erii mais aperçoit bientôt un visage familier…

Mikoto apprend que Misaka 9982 est l'une des 20 000 Sisters, lesquelles sont destinées à servir de chair à canon contre Accelerator, le plus puissant des espers niveau 5.

Après une lutte féroce contre un Accelerator sans pitié, Mikoto décide de détruire l'ensemble des bâtiments liés au projet Sisters sans en souffler mot à son entourage.

La bande de Mikoto s'inquiète de la vie nocturne agitée de leur amie, ignorant qu'elle est sur le point de mettre un terme définitif au Projet clones.

Knockraven, le responsable du Projet clones, envoie une équipe de mercenaires pour arrêter Mikoto. Celle-ci se retrouve face à la dangereuse Frenda.

Affaiblie par son affrontement avec Frenda et les autres mercenaires d'ITEM, Mikoto ne peut venir en aide à Shinobu lorsque celle-ci est kidnappée.

Mikoto parvient à triompher de la dernière mercenaire d'ITEM après une âpre bataille et pénètre dans l'enceinte du bâtiment des clones. Mais les lieux ont été désertés.

La victoire de Mikoto est de courte durée : Misaka 10031 apparaît bientôt pour lui révéler que le Projet clones est toujours d'actualité.

Mikoto parvient à hacker le super-ordinateur du Projet clones mais celui-ci n'est plus en activité. Pendant ce temps, Misaka 10031 se prépare à affronter Accelerator.

Misaka 10031 est tuée au cours de son combat contre Accelerator. Tōma trouve son corps sans vie et découvre la véritable nature des Sisters.

Mikoto est convaincue que le seul moyen de stopper le Projet clones est de se sacrifier, mais Tōma suggère une alternative risquée.

Pendant que Tōma parvient à faire barrage à Accelerator malgré la disparité de leurs pouvoirs, Mikoto rallie les autres Sisters au combat.

La bataille finale contre Accelerator a un dénouement inattendu qui signe l'arrêt du Projet clones. Mikoto s'interroge sur l'avenir des Sisters.

Mikoto trouve une excuse pour ses absences répétées à l'école et apprend que la durée de vie des Sisters va être rallongée.

Mikoto et sa bande rendent visite à Banri à sa sortie d'hôpital. Kuroko et Kazari se préparent à encadrer la sécurité de l'exposition annuelle des travaux de recherche.

La bande prend sur elle de protéger une mystérieuse orpheline aux cheveux blancs nommée Febri, qui semble connaître Mikoto et s'attache à Ruiko.

Alors qu'elles rentrent des bains publics, Mikoto et ses amies sont attaquées par un robot qui cesse subitement de fonctionner lorsqu'il s'approche de Febri.

Mikoto révèle le secret de Febri à ses amies, lesquelles acceptent de l'aider à enquêter sur les origines de la fillette et à la protéger.

Mikoto retrouve l'usine et le savant génial qui ont donné naissance à Febri. Elle se retrouve face à face avec une ancienne alliée passée du côté de l'ennemi.

Mikoto apprend qu'après sa capture, Shinobu a été enrôlée de force dans une conspiration destinée à lever une armée d'espers pour prendre d'assaut l'exposition annuelle.

Judgment et Kuroko font face à l'armée de robots tandis que Mikoto et Febri cherchent à débusquer Aritomi de son repaire secret avant qu'il ne soit trop tard.

La Cité académique organise une semaine sportive diffusée dans le monde entier. Pour le prestige de la Cité, un comité doit absolument persuader deux des 7 Niveaux 5 de faire le discours d'ouverture. Mikoto Misaka semble donc être l'esper idéal.

Au sein de la Cité académique, la rencontre sportive de 7 jours est enfin lancée. Si des groupes clandestins semblent préparer quelque chose, les premières épreuves se passent pour le moment dans la plus grande convivialité. Misaka fait donc équipe avec Kongô lors d'une course à trois jambes plutôt mouvementée.

C'est le début d'une nouvelle épreuve opposant Tokiwadai, un des grands favoris, à une école aux espers moins puissants. Mais cette fois-ci, Misaka a été remplacée par son clone par mégarde. Au vu de ce qui se trame derrière cette rencontre, et si c'était une chance inespérée ?

La quête de Saten pour Shadow Metal finit par lui poser des problèmes. Uiharu remarque quelque chose de mal avec le site Web que Saten parcourait. Mikoto apprend que Wannai n'a pas récupéré son uniforme de gym, ce qui l'a incitée à retrouver sa sœur.

Suite à la disparition de son clône, Mikoto comprend rapidement que Shokuhô prépare quelque chose à son encontre. En effet, même ses amies les plus proches, Kuroko, Saten et Uiharu semblent l'avoir oubliée. Pour pouvoir s'en sortir, elle va devoir probablement accorder sa confiance à quelqu'un d'autre.

Mitsuko Kongô, qui n'a pas eu la mémoire altérée, décide de partir à la recherche du clône de Misaka, mais se retrouve nez-à-nez avec Baba qui, avec ses robots, va rapidement la mettre mal en point. C'est donc au tour de ses amies, Awatsuki et Wannai, d'entrer en scène.

Après un combat effréné entre Baba et les camarades de Misaka, cette dernière se retrouve nez-à-nez avec l'opposant qui était persuadé d'avoir capturé la véritable Mikoto Misaka. Mais manque de chance, le dernier indice pour retrouver le clone de Misaka s'enfuit après le combat inégal contre Railgun. Les pistes se referment alors sur les souvenirs du chat du clone qui devraient pouvoir être analysés par psychométrie.

Entre le site camouflé découvert par Uiharu et les souvenirs du chat, l'affaire se referme autour de Shokuhô, la manipulatrice des mémoires. Cette dernière semble détenir la clé du kidnapping du clone de Mikasa : des explications entre les deux Niveaux 5 s'imposent.

Gensei Kihara semble être la cible commune à abattre pour Shokuhô et Misaka, mais impossible pour elles de collaborer pour infiltrer le lieu sous haute surveillance où il semble censé se rendre. En parallèle, Saten, Uiharu et Shirai poursuivent leurs recherches sur leur assaillante maîtrisant le métal liquide, une certaine Mitori Kôzaku.

Suite au fiasco pour retrouver Gensei Kihara, Misaki Shokuhô et Mikoto Misaka se redirigent à toute vitesse vers le bâtiment de prédilection de Shokuhô qui serait visé par l'équipe du professeur. Ce bâtiment semble renfermer une arme redoutable en lien avec la capacité Mental Out de Shokuhô.

Le véritable objectif de Gensei Kihara et de son acolyte Mitori Kôzaku était de déployer le réseau Misaka pour déclencher un développement brutal de Mikoto Misaka vers le niveau 6. Sa puissance décuplée, Misaka est semble-t-il manipulée et attaque à tout va. Shokuhô prend alors les devants et va faire participer différents proches de Misaka pour faire avancer la bataille.

Tandis que Sogiita et Tôma essaient de freiner la transformation de Misaka, Shirai essaie de coincer Mitori Kôzaku, et Shokuhô, le fameux Gensei Kihara. Mais ce dernier semble déterminé à récupérer les pleins pouvoirs sur Exterior, quitte à braver tous les pièges de Shokuhô.

Shokuhô a perdu son combat stratégique contre Kihara, pendant que Shirai met tout en œuvre pour découvrir où se cache Mitori Kôzaku. En effet, cette dernière contrôlant Misaka, la neutraliser permettrait de ramener Misaka dans son état normal. Arrivera-t-elle au bout de l'antagoniste au pantin de métal ?

Shokuhô et Shirai étant ressorties vainqueurs de leurs affrontements, Misaka semble voir sa transformation se calmer. Mais son pouvoir devenant incontrôlable, Tôma tient encore à intervenir grâce à son Imagine Breaker pour renverser le sort.

Agonisante, Mitori Kôzaku se remémore cette douce époque avec le clone Dolly et ce qui a conduit à leur séparation. Misaki Shokuhô, qui avait donc côtoyé le clone après le départ de Mitori, approche donc la jeune femme avec une idée claire en tête.

La rencontre sportive terminée, tout rentre à peu près dans l'ordre, bien que Misaki et Misaka n'arrivent toujours pas à s'entendre. Judgement reprend du service sur des tendances discrètes de la Cité, notamment l'apparition d'une application qui semble prévenir des incidents à l'avance. Quant à Misaka, elle teste le poker indien qui permettrait de vivre le songe de quelqu'un d'autre.

La branche 177 de Judgement se concentre sur la capacité de Miyama, le jeune garçon prévoyant des incidents à proximité de lui via une application. Kuroko aurait la capacité de pouvoir empêcher ces accidents d'avoir lieu, mais à force de faire des prédictions, le jeune Miyama commence à accuser le coup et à se poser de multiples questions.

Le poker indien continue de faire fureur à la Cité académique, et permet même d'acquérir des connaissances et des techniques en une seule nuit. Kinuhata et Mikoto, aux physiques similaires, croisent un même vendeur de cartes de poker indien qui leur promet une carte qui les aiderait à développer une meilleure poitrine…

Saten poursuit sa recherche de cartes de poker indien insolites, qui lui apprennent des compétences précises liées au jonglage pas foncièrement utiles. Cette recherche anodine va lui faire croiser la route de Frenda, une membre de Item obnubilée par les maquereaux, et celle d'un autre groupe mystérieux cherchant à exploiter le poker indien.

Traquée par le groupe School, Saten est protégée par sa récente connaissance, Frenda, membre du groupe Item. Mais voilà que les deux jeunes filles, pourtant motivées à déguster leur maquereau favori, sont prises en embuscade par une chasseuse de School qu'elles n'arrivent pas à identifier. Démarre alors une chasse au milieu d'une foule dubitative.

Misaki Shokuhô approche de nouveau Misaka pour une affaire liée au poker indien. Son enquête la conduit à s'intéresser à Ryôko Kuriba, une jeune fille qui aurait fait l'objet d'expériences cybernétiques dans un centre de recherche.

Shokuhô et Misaka approchent Ryôko Kuriba pour en apprendre plus sur l'expérience cybernétique qu'elle aurait réalisé sur son propre corps, de peur qu'un nouveau drame similaire aux Sisters se reproduise. Mais c'était sans compter l'intervention du quatuor des Scavengers, qui auraient pour mission de neutraliser le cyborg doté d'une âme.

Les Scavengers ont finalement pour mission de ramener le cyborg à un point donné, mais le combat est totalement inégal à cause de la capacité de possession de matière de Doppelgänger. Traumatisées par leur combat contre Accelerator, elles vont finalement croiser la route de Mikoto Misaka et tenter d'obtenir son aide pour affronter le cyborg et mener à bien leur mission.

Misaka collabore avec les Scavengers pour arrêter Doppelgänger, le cyborg bien décidé à prendre sa revanche sur les humains. Un combat titanesque s'engage entre le cyborg capable de manipuler la matière, et le Niveau 5 Railgun. Et si Ryôko Kuriba, la scientifique à l'origine de cette âme perdue, avait un rôle à jouer ?

Lors de son combat contre Doppelgänger, Misaka découvre le réel objectif du cyborg. Son rôle est donc de l'aider à accomplir ses dernières volontés et conclure sur le devenir des expériences menées par Kuriba pour sauver sa mère.