Les espers de Academy City sont classés en six niveaux, où le niveau 0 manque de puissance alors que le niveau 5 possède une quantité écrasante. Sur les plusieurs millions d'esperons résidant à Academy City, seulement sept d'entre eux ont atteint le niveau 5 et se classent au premier rang parmi eux, celui connu sous le nom d'Accélérateur. Toaru Kagaku no Accelerator se concentre sur le niveau le plus fort 5 après avoir protégé le joyeux dernier ordre au prix d'une grande partie de sa puissance. Récupérer à l'hôpital, Accelerator a mené une vie relativement calme jusqu'à ce qu'il finisse par sauver la vie d'Estelle Rosenthal, une mystérieuse fille portant une photo de Dernier Ordre. Malheureusement, l'Accélérateur se retrouve maintenant entraîné dans un nouveau conflit sous la forme d'une sinistre organisation appelée Action disciplinaire qui complote pour utiliser le dernier ordre pour une mission dangereuse. Maintenant qu'ils ont mis leur plan en mouvement et sont à la poursuite de la jeune fille, c'est à l'esper le plus puissant du monde et à son nouveau compagnon de protéger le dernier ordre et défendre Academy City dans le processus.