故事發(fā)生在私立朱雀高校之中，山田龍（逢坂良太 配音）是校園中有名的不良少年，同學(xué)老師們看見他恨不得繞著道走，而山田龍本人亦對無聊束縛的校園生活深惡痛絕。某日，一場意外竟然讓他和優(yōu)等生白石麗（早見沙織 配音）互換了身體，因而得知了白石麗隱藏在內(nèi)心里的秘密，并在同級生宮村虎之介（增田俊樹 配音）的唆使之下加入了超自然研究部。同為部員的還有對超自然事件超級著迷的伊藤雅（內(nèi)田真禮 配音）和不良少年椿劍太郎（佐佐木壽治 配音）。幾人受腹黑的學(xué)生會(huì)會(huì)長山崎春馬（福山潤 配音）之命調(diào)查校園中存在魔女的事件，就此打開了新世界的大門。

　　過去，在被稱作冬木的城市曾舉行過由七位魔術(shù)師與英靈參加的“圣杯戰(zhàn)爭”。 然而趁著第二次世界大戰(zhàn)的混亂，“某位魔術(shù)師”強(qiáng)行奪走了圣杯—— 數(shù)十年過去，千界樹一族高舉那個(gè)圣杯為象征，叛離了魔術(shù)協(xié)會(huì)，宣布獨(dú)立。 憤怒的魔術(shù)協(xié)會(huì)派遣了刺客，但他們卻遭到了召喚出的Servant的反擊。

　　學(xué)業(yè)優(yōu)秀的高中二年級學(xué)生村上良太（逢坂良太 配音）是天文部唯一一名成員，童年時(shí)代他曾有過十分要好的朋友“黑貓”，但在一次事故中，少女黑貓為了營救良太而被宣告死亡。這起事件給了良太沉重的打擊與創(chuàng)傷，因此他才希望代替黑貓仰望星空，找到傳說中的外星人。這一天，美麗女孩黑羽寧子（種田梨沙 配音）轉(zhuǎn)到良太的班級，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，黑羽竟和黑貓長得極其相像。寧子是個(gè)奇怪神秘的女孩，她不會(huì)九九乘法，卻能夠預(yù)測他人的死期。她在暴雨中拯救了本該死去的良太，并向?qū)Ψ酵嘎读似淠Хㄊ沟纳矸?。為了保護(hù)良太，寧子拒絕與之過多接觸。然而好奇心十足且對過去抱著諸多疑問的良太，還是義無返顧闖入了一個(gè)神秘而危險(xiǎn)的世界……
　　本片根據(jù)岡本倫的原作改編。