今年18岁的吴远航是位平平无奇的大一学生，唯一有些独特的地方是他痴迷于变身类英雄特摄片。然而，他还有另一个身份，半年前，进入大学没多久的他为了通宵鉴赏某部特摄片而出门前往便利店购买零食时，误入了名为“绝梦”的怪物制造的结界，在结界中他结识了自称来自异世界的妖精“普拉姆斯“，并因为和“爱丝米娅之石”共鸣，获得了变身为名为“魔法天使”的魔法少女的能力，当然，变身以后身体也会变为女性。
虽然很不情愿，吴远航也只好自认倒霉，成为兼职魔法少女，协助普拉姆斯解决现世出现的“绝梦”。就在吴远航已经习惯了这样的生活后过了半年，出现了魔法攻击无法奏效的特殊形“绝梦”，同时，和特殊绝梦一起出现的还有他一直憧憬的身着金属铠甲的变身英雄。在两人一同击败特殊绝梦后，吴远航发现变身英雄名为“海曲”，其本体是名为林依的年仅十六岁的高中女生。而更加巧合的是，林依的兴趣爱好则是观看变身类魔法少女动画。
林依需要应对的敌人名为“虚溟”，其同样是异世界的产物。“虚溟”来自于一个物质被编程，地表一切都被强大的人工智能“息川”所掌控的世界，“海曲”系统本身是作为“息川”的武器被开发，却由于不明原因被移交至林依的父母手中，而“息川”为了抢夺“海曲”系统，派出其名为“下照”的手下中的两人将林依的父母杀害，而在危机中林依则由于“海曲系统”的保护躲过一劫。在那之后，林依寄住在冯美静家，
由于此次相遇，吴远航和林依都了解到，原本属于各自管辖范围的敌人因为未知的原因开始合作，而吴远航也进一步得知自己一直光顾的模玩店的年轻女店主冯美静背地里其实是调查异世界来客的类似学者的人，在她的统筹下，吴远航和林依针对新的情况开始了合作。因为与林依的相遇，妖精“普拉姆斯”也鼓起勇气尝试化作人类形态并作为“魔法战士”战斗，吴远航的日常除了上学、观看特摄片、晚上作为魔法少女游荡城市以外，又多了和林依的合作。与此同时，吴远航与林依各自的敌对阵营也陆续出现了“干部级”的人物——原本是魔法王国的妖精却因为相貌遭受排挤而投奔“尼伯龙根使者”的萨里，以及“普通下照”米哈尔。
合作中，萨里得知了米哈尔战斗的理由是因为其妹妹希尔德被作为人质，但在米哈尔战败后，萨里发现希尔德依旧被当作以“虚溟”为基础的机械兵器“第四号”的核心，最终，希尔德被吴远航等人救下，且在爱丝米娅之石的共鸣下获得了变身为“魔法战士”的能力。萨里也明白了自己和米哈尔不过是更高级干部——死亡之主的亲信“梅菲斯特“和“五行下照”之一的布莱恩，他们的棋子。
经过多重实验，布莱恩和梅菲斯特最终制造出了将具备下照素质的“米哈尔”作为核心的部件，以此操控庞大能量的“怪兽第零号”，在其威胁下，整座城市都面临被毁灭的危机，但最终，在众人的合作下，伴随着吴远航“魔法天使”力量的“觉醒”，这场危机总算得以解决。
只不过，当吴远航再次尝试变回原本的自己时，却发现未变身状态下的自己也变为了女性。
