舞台は総人口２３０万人弱、東京西部の大部分を占める巨大な都市。
その人口の約８割が学生ということから、『学園都市』と呼ばれていた。
学園都市の生徒達は、超能力を発言させるための特殊なカリキュラムが組まれていて、
その能力によって、『無能力』（レベル０）から『超能力』（レベル５）までの６段階で査定されていた。
主人公・上条当麻（かみじょうとうま）は、学園都市の高校生だが、その評価は落第寸前の無能力（レベル０）。
なぜなら彼の右手には、“異能の力ならなんでも打ち消す”
『幻想殺し』（イマジンブレイカー）と呼ばれる能力が宿っていたからだ。
そして彼はこの右手のおかげで、”神のご加護”まで打ち消してしまい、常に不幸な人生を送っていた。
しかし、そんな日常に突如変化が訪れる。
夏休みに入ったばかりの日、彼の部屋に、純白の修道服のシスターがいきなり空から降ってきた。
不思議少女が空から登場という展開に「ありえねぇ……」と上条当麻はつぶやくが、その少女はこう言った。
自分は“魔術”の世界から逃げてきた――と。
そして彼女は自らを『禁書目録』（インデックス）と名乗る。
ここは“超能力”が一般（あたりまえ）として認知された、“科学”の象徴である学園都市。
どう考えても偽名な少女のオカルト発言に、上条はいぶかしむが――――、次の瞬間。
上条の前にインデックスを追ってきたという“魔術師”が現れた。
異能を打ち消す右手を持つ少年の、少女を守る戦いが今始まる……！

原作：鎌池和馬
原作イラスト：灰村キヨタカ
（電撃文庫／アスキー・メディアワークス刊）
監督：錦織　博
アニメーションキャラクターデザイン：田中雄一
シリーズ構成：赤星政尚
美術監督：廣瀬義憲
プロップデザイン：岩瀧智
色彩設計：安藤智美
撮影監督：福世晋吾
編集：西山茂
音響監督：蝦名恭範
音楽：I’ve sound
OPテーマアーティスト
：川田まみ（I’ve）「PSI-missing」
EDテーマアーティスト
：IKU「Rimless～フチナシノセカイ～」
音響制作：デルファイサウンド
制作：J.C.STAFF

上条当麻：阿部敦
インデックス：井口裕香
御坂美琴：佐藤利奈
神裂火織：伊藤静
ステイル＝マグヌス：谷山紀章
土御門元春：勝杏里
小萌：こやまきみこ
白井黒子：新井里美
アクセラレータ：岡本信彦