Sinopse: A Academy City, repleta de estudantes, está na vanguarda do avanço científico e abriga o programa de desenvolvimento esper. Os sete espers "Nível 5" são os mais poderosos de Academy City, e em terceiro lugar está o estudante do ensino médio Mikoto Misaka, um manipulador de eletricidade conhecido como "The Railgun". Quando incidentes estranhos começam a ocorrer em toda a cidade, ela descobre que cada crime está conectado ao indescritível "Level Upper", um dispositivo lendário que supostamente aumenta o nível de esper de seu usuário. À medida que a situação aumenta, torna-se evidente que há mais no Level Upper do que aparenta, e que Academy City pode ser um lugar muito mais distorcido do que a utopia glamourosa que parece ser. Toaru Kagaku no Railguncentra-se em Mikoto e seus amigos - e as situações perigosas em que eles se encontram - como eles são pegos no assunto do Level Upper. Como diz Mikoto: "Nunca há um momento de tédio nesta cidade".