西暦2095年──魔法が現実の技術として確立し、魔法師の育成が国策となった時代。国立魔法大学付属第一高校に対照的な兄妹が入学した。主席入学を果たした司波深雪は成績優秀な一科生、『優等生』として。ある欠陥を抱えた兄の司波達也は二科生、『劣等生』として。入学直後から、才能容姿ともに完璧な深雪には多くの取り巻きができるが、深雪が心から慕うのは達也のみ。そのせいで達也は一科生から敵視されるようになり……。

深雪を巡る対立は、達也の機転で大事にならずにすんだものの、一科生と二科生の間に横たわる差別意識を浮き上がらせる結果となった。翌日、生徒会長の七草真由美から生徒会に勧誘された深雪は、入試のペーパーテストで一位を取った達也こそ役員にふさわしいと提案する。しかし、生徒会役員は一科生から選ぶという規則があり、深雪の願いはかなえられない。すると、風紀委員長の渡辺摩利が達也をスカウトすると言い出す。

生徒会副会長の服部刑部との模擬戦に勝ったことで、達也の実力が証明され、風紀委員会入りが決定した。二科生が風紀委員になるのは前代未聞であり、今後起こるであろう各方面からの反発を予想し、さすがに気が重くなる達也。しかし、服部を倒した実績は実力主義者である風紀委員の多くから認められ、歓迎される。それから間もなくして、風紀委員会にとって最初の山場となる新入生部員勧誘週間がやってきた。

部員勧誘演武の場で、剣道部の壬生紗耶香と剣道部の桐原武明が衝突。エース同士の争いは両部の乱闘にまで発展したものの、達也がケガ人を出すことなく騒動を収めた。達也の活躍はすぐに広まり、有名になると同時に何者かによる嫌がらせを受けるようになる。ようやく勧誘週間が終わった折、紗耶香から呼び出された達也は剣道部に勧誘される。丁重に、かつ即座に断った達也に対し、紗耶香は二科生の待遇への憤りを打ち明ける。

二科生の待遇改善を求める“学内の差別撤廃を目指す有志同盟”が放送室を占拠した。彼らは差別撤廃を求めるが、達也や部活連の会頭・十文字克人によって占拠は失敗。真由美から公開討論会を提案され、いったんは解散する。翌日、約束の討論会が開催された。差別ではなく、差別意識の克服を訴える真由美の主張に、生徒たちはみな拍手を送る。ところが、そこに同盟を陰で操る政治結社“ブランシュ”が奇襲をかけてきて……。

生徒会や風紀委員の活躍によって、ブランシュの襲撃は速やかに鎮圧されていく。敵の情報を得た達也は、深雪たちとともにブランシュが狙っているという図書館へ急ぐ。 同じころ、図書館にある特別閲覧室では、テロリストが魔法大学の所蔵する機密文献にハッキングを仕掛けていた。同盟のリーダーである司甲から、彼らの手引きを命じられた紗耶香。言いつけに従いながらも、明らかな犯罪行為を前に心中は複雑で……。

紗耶香は催眠術によって過去の記憶を改ざんされ、ブランシュに利用されていた。達也は自分と深雪の日常を損なおうとするものすべて駆除すべく、ブランシュを叩き潰そうとする。敵のアジトに向かう達也に、深雪、エリカ、レオ、十文字、そして紗耶香を利用されたことに憤る桐原まで同行するという。達也の指揮の下、アジトに乗り込む 一同。そこには武装したブランシュのメンバーとそのリーダー・司一が待ち構えていた。

全国の魔法大学付属高校が、年に一度スポーツ系の魔法を競い合う"九校戦"の時期が近づいてきた。エンジニアの人材不足に頭を悩ませていた真由美は、CADの知識に長け、調整もできるという達也に注目。エンジニアとして、二科生では初となる九校戦メンバーに推薦する。しかし、一科生の選手やエンジニアたちの一部から不満の声が上がったため、十文字が一同の前で、達也の実力を証明しようと提案する。

エンジニアとして正式に九校戦メンバーに加わった達也。九校戦発足式が終わり、本格的に準備が始まると、深雪や光井ほのか、北山雫ら担当する選手たちとともに、CADの調整や訓練を開始する。九校戦に向けて校内が慌ただしくなる中、達也の同級生・ 柴田美月は、人気のない放課後の校舎で不自然な霊子放射光を見つける。気になった美月は、発生源の実験棟へ足を向けると、そこでは同級生の吉田幹比古が精霊魔法の訓練をしていて……。

九校戦の会場に向かう途中、対向車線を走る車がガード壁に激突。宙を舞って一高生の乗ったバスに突っ込んできた。慌てた一高生たちが無秩序に魔法を発動したせいで、サイオンの嵐が起き、まともに魔法が効果を発揮しなくなってしまう。それでも、達也のひそかな機転、十文字や深雪たちの活躍により、バスは被害をまぬがれた。特殊な知覚を有する達也は、車の動きに魔法の痕跡を発見し、事故は何者かが故意に仕掛けたものだと気づく。

≪灼熱のハロウィン≫から２か月。達也たちは交換留学でアメリカに行くことになった雫の送別会を楽しんでいた。そして新学期になって雫と交換でアメリカから留学生がやって来た。彼女の名はアンジェリーナ＝クドウ＝シールズ。深雪に匹敵するほど強い魔法力を持った彼女の正体とは……？

体内から血を抜き取られ、死亡するという猟奇殺人事件が発生した。その手口から「吸血鬼事件」と呼ばれたこの事件は、アメリカでも同様に起こっていた。吸血鬼が世を騒がせる中、その脅威がレオへと襲い掛かる。

レオを襲った吸血鬼はパラサイトと呼ばれる魔物だった。事件を解決すべく七草家と十文字家が協力して動き出す。一方、レオの仇を討つべく幹比古とともにパラサイトの捜索を行っていたエリカは、仮面をつけた謎の魔法師と対峙する。

エリカと剣を交えた仮面の魔法師の正体はリーナだった。正体を暴かれたリーナは『パレード』を使用し、達也に襲いかかる。達也は『分解』で『パレード』の無効化を試みるも失敗。リーナの魔法を前に苦戦を強いられる。

精神に由来する情報生命体であるパラサイト。本来こちらの世界には現れない、異次元の住人である彼らが何故出現したのか？原因不明の来訪者が魔の手を第一高校へと伸ばす……！

意中の相手にチョコレートを贈り、思いを打ち明ける日・バレンタインデー。この習慣はいまも健在で、当日はチョコレートを巡って悲喜こもごものドラマが繰り広げられる。それは魔法科高校といえども例外ではない。果たして今年のバレンタインデーはどうなるのか？

バランスからリーナに、《灼熱のハロウィン》を引き起こした術者の捕獲命令が下された。バランスは「確保が不可能な場合は抹殺もやむを得ない」という言葉とともに、戦略級魔法を発動させるためのリーナ専用のCAD・ブリオネイクを渡すのだった。

四葉家の工作によって、達也たちの身辺を脅かしていたUSNA軍は排除された。残る脅威はパラサイトだけ。達也はピクシーから残るパラサイトの情報を聞き出すと、深雪、ほのかとともに他のパラサイトをおびき出すため青山霊園へと向かう。

ピクシーの強力なサイキックのおかげもあり、達也たちはついにパラサイトの捕縛に成功。パラサイトの身柄はエリカたちに任せ、一度撤退する。しかし、パラサイト達を収容しようとするエリカたちの前に、警察に扮した第三の勢力が現れる。

「七賢人」レイモンドに指定されたとおり、達也たちは2月19日の夜、第一高校の野外演習場へと向かった。そこにはレイモンドの言葉通り、活動中のすべてのパラサイトと、リーナの反応があった。このままでは、シリウスとしての任務を遂行するリーナとの衝突は避けられない。それぞれの思いが交錯する中、パラサイトとの最終決戦が始まる。

2096年4月を向かえ、二年生に進級した達也の身の回りには色々な変化があった。達也と美月は新設された魔法工学科に転科。幹比古は二科から一科へと転科した。また達也と深雪は四葉本家から使用人として使わされた水波と同居することになり、三人での生活が始まった。今年こそ平穏な学生生活を、と願って登校する達也だが、新入生は七草家の双子である香澄・泉美と、新入生総代で七草家に対抗意識を持つ七宝琢磨と、一癖も二癖もある顔ぶればかりだった……。

入学式が終わり、今年も各クラブによる新入生への勧誘活動が始まった。新入生を巡って睨み合いを始めたロボ研とバイク部の間に、風紀委員の香澄と、部活連執行部の七宝が仲裁に入る。だがどちらが主導権を握るかで言い争いを始め、ついに一触即発の事態に陥ってしまう。一方、七草家の当主である弘一は、USNAの人間主義者がマスコミ工作を始めたことを利用し、四葉家の力を削ごうと画策していた。

反魔法主義者の神田議員が、マスコミを引き連れて第一高校を視察に訪れるという情報が入った。少しでも軍事に関係することがあれば、マスコミに針小棒大に騒ぎ立てさせ、魔法科高校が軍事教育の場と化していると主張するつもりだという。そこで達也は生徒たちで、常駐型重力制御魔法式熱核融合炉＝恒星炉の実験を行なうことを提案。第一高校の魔法教育が、魔法によってエネルギー問題を解消し、人類の平和に貢献していることを主張しようとする。

恒星炉の実験は見事成功し、ニュースでもその成功が大々的に報道された。だが父親から神田議員の件は七草家が対処すると聞かされていた七宝は、七草家が達也を利用して自分たちの功績にしたと思い込み、通りがかった香澄に鬱憤を叩きつけてしまう。香澄も自分の家に対する侮辱を看過できず、二人は魔法を使った戦闘準備に入るが、その現場を風紀委員に発見され、拘束される。この二人の遺恨を無くすために、達也は試合で勝敗をつけることを提案する。

全国の魔法科高校に、九校戦の種目を一部変更するという通知が送られてきた。変更があったのは六種目中の三種目で、実に半分もの競技が変更になるという。急な種目変更に対応するため、第一高校の生徒会はルールの把握や選手の再選考、CADの再調整などに追われることになる。九校戦開始一ヶ月前という急なタイミングの変更に、誰もが大会運営に対する不満をこぼす中、達也は新しく追加された競技がどれも軍事色が強いことに疑念を抱いていた。

九校戦の急な競技変更に対応するため、達也は他の生徒会役員とともに多忙な毎日を送っていた。そんなある日、達也のもとに差出人不明のメールが届く。メールには、今回の種目変更が国防軍の圧力によるもの、そして九島家が国防軍の動きに乗じて、秘密裏に開発した兵器の性能試験をスティープルチェース・クロスカントリーで行なおうとしていると記されていた。達也は九島家が行なっている実験の内容を調べるため、九島家の本拠地である奈良へと向う。

九島家が極秘裏に行なっていた実験は、パラサイトを女性型戦闘ロボットに憑依させたパラサイドールの開発だった。パラサイドールの運用実験が行なわれるスティープルチェース・クロスカントリーの会場警備は、異常なまでに厳しく、達也ですら侵入出来ない。そこで達也はピクシーにパラサイトの監視を命じ、自分はエンジニアとしてCADの調整を行ないながら、下級生への指導を行なう。だが連日の激務と緊張の連続で達也はこれまでにない疲れを感じていた。

ついにスティープルチェース・クロスカントリーの女子の部が始まった。達也はピクシーに全パラサイドールの位置を把握させると、パラサイドールが選手に接触する前に、すべて始末しようとする。だがパラサイドールは達也の想像を超えたスピードで魔法を発動。手こずりながらも何とか最初のパラサイドール封印に成功する。残りのパラサイドールたちを次々と封印していく達也だが、彼の前に最高性能個体プライム・フォーが立ちはだかる。

九校戦が終わり、二学期が始まったある日、亜夜子と文弥が真夜直々の手紙を達也に届けに来た。手紙の内容は「周公瑾の捕縛について協力を依頼する」というもの。周公瑾は黒羽家が追跡していたが、京都付近で見失ってしまったという。どうやら周公瑾の逃亡を古式魔法師の一派である「伝統派」が手助けしていると見られる。伝統派は長年、九島家と対立している。そこで達也は九島烈の孫である藤林を通して、周公瑾の捕縛に協力を依頼する。

九島烈から周公瑾捕縛の協力を取りつけるため、達也と深雪、水波は九島家の本拠地である奈良を訪れる。九島烈は達也の申し出を快諾すると、孫の光宣を紹介。光宣は達也の一年後輩で、身体は弱いものの強力な魔法力を備えているという。食事の席で達也たちが伝統派の術者を探していると聞いた光宣は、自分から協力したいと申し出る。翌日、光宣の案内で奈良にある伝統派の拠点を回っていた達也たちは、奈良公園で伝統派の襲撃を受ける。