位于東京西部的巨大“學園都市”。在總人口達230萬人，其中約8成是學生的這座都市中，實施著超能力開發(fā)的特殊課程，學生們的能力被給予從“無能力Level 0”到“超能力Level 5”的六階段評價。高中生上條當麻，也是住在學園都市的學生之一。他由于隱藏在右手中的力量——只要是異能之力，就連神的加護都能消除的“幻想殺手Imagine Breaker”，而被評價為名落孫山的“無能力”，過著充滿不幸的人生。而上條的學生生活，由于暑假開始時從天而降的純白修女而發(fā)生了巨大的變化。自從與逃離“魔法”世界的她——“禁書目錄茵蒂克絲”相遇開始，上條就被卷入了各種各樣的事件中。統(tǒng)率學園都市的“科學”方、與茵蒂克絲關聯(lián)的“魔法”方，在驚險地解決雙方事件的過程中，他的人際關系也逐步擴展。之后，魔法一方的十字教最大宗派羅馬正教，終于注意到上條的存在……。如同呼應魔法方一般，科學方的學園都市也有所動作。但也有與逐漸開始對立的世界動向抗爭的人不斷出現(xiàn)。那些通過與上條有所關聯(lián)，而使命運大為改變的“英雄”們。他們挺身而出與世界對峙。如同上條當麻做過的那樣?？茖W與魔法第三次交織之時，故事將大幅推進！！

　　該片講述的是《鐵膽火車俠》幾年之后的故事，部分人物的聲優(yōu)有變更?；九c《鐵膽火車俠》一樣是面向小學生的作品。前作的主人公哲雪在故事的最后幾集登場。
　　鐵膽火車俠與黑魔頭兩軍離開數(shù)年后。由于黑魔頭軍再沒有入侵地球的事被判明，JHR基地 面臨著被封閉的命運。不過現(xiàn)在，黑魔頭軍又再度襲來。他們的目的是為了帶給人類不幸，并利用人類小學生圣橋健太來協(xié)助他們做壞事。期間健太誤入了500系新干線所行使的鐵軌上而快要被火車撞到。就在這時，光能量從宇宙飛來并與500系新干線合體，鐵膽火車俠Lightning West變形！鐵膽火車俠與黑魔頭軍的戰(zhàn)斗又再度展開了。