当本书的第一人称主角阿虚发现她并非胡诌时，自己的生活已经产生了惊人的变化。

本作是以主角“阿虚”之观点所描述的校园小说，描述活泼奔放的女主角凉宫春日成立SOS团，但团员竟是由超能力者、外星人及未来人等超自然&科幻小说王道三领域所组成，各自的奇异言行使其真面目虽已断定，悬疑气氛中带有独特韵味。在描述校园生活的同时，故事以与外星人的近距离接触、时空跳跃、进入闭锁空间等经典SF题材为主轴，深具特色。

本作包含模范生班长朝仓凉子的出现，和阿虚与长门的图书馆小插曲等在后续情节中影响深远的重大事件。然而，最令人意外的是，阿虚的口头禅“唉唉唉”在本作中一次都没有出现。

从小就不相信圣诞老人的我，却是在长大以后才发现外星人、未来人、幽灵、妖怪或超能力者都不存在，任谁都有这么一段与幻想世界诀别的时刻。但在上了高中后，我遇见了一个彻底改变我命运的人……序曲就是这么一篇由独白构成的引言，此后本系列全是以阿虚的观点所做的第一人称描述。

四月，升上高一的阿虚就读坐落于漫长坡顶的北高，在班上自我介绍时因某少女的发言备受震惊。她就是凉宫春日，毫不在意他人眼光地天天变换发型，参加了所有社团的体验活动又全部退出。面对行径如此特异的她，阿虚竟一时鬼迷心窍，开口和她说话，并在聊到社团活动时启迪了她。

五月，春日为了创立新社团而开始活动，占领了文艺社教室并收编其唯一社员长门有希，隔天强拉学姐朝比奈实玖瑠，成立“让世界变得更热闹的凉宫春日团”，简称“SOS团”。翌日，字电研社夺取最新型电脑，要阿虚架设社团网站，并命令实玖瑠换上兔女郎装散发传单。

五月中旬，春日引颈期盼的神秘转校生古泉一树终于出现，且迅速融入了SOS团。阿虚在长门借给他的书中发现纸条，依言在放学后前往长门住的公寓。长门向他供称，自己是由统括银河的资讯统合思念体为与有机生命体接触而制造的人形联系装置，目的是观察凉宫春日。最后阿虚没有相信她的话，打道回府。

五月中旬的某个星期六，SOS团举行了第一次社团活动——神秘事件搜寻行动。实玖瑠藉和阿虚一组的机会，道出了冲击性的自白。原来她来自未来，不属于这个时代。

星期一，这回轮到古泉向阿虚自白。他其实是为“机关”工作的超能力者，“机关”视春日为神，而外星人、未来人和超能力者齐聚一堂，就是因为春日的期望，只有阿虚是普通人。阿虚不耐烦走人后，应神秘人物的约见来到教室，而赴约的竟是模范生朝仓凉子。原来她是所属派系不同于长门的外形联系装置，想杀害阿虚来观察凉宫春日的反应，而后长门半路杀出，消灭了朝仓。

星期二，比实玖瑠来自更遥远未来的朝比奈（大）出现在阿虚眼前，给他一个费解的提示后就消失了。放学后，阿虚配合春日调查突然消失的朝仓，并于回程时倾听春日吐露的某个想法。春日离开后，古泉拦住阿虚，带他进入春日在无意识间创造的闭锁空间——不明巨人“神人”大肆破坏世界的场所。

星期三深夜，春日的烦躁居高不下，竟使得她将自己跟阿虚送进了闭锁空间。古泉化为红色光球现身，告诉阿虚春日想创造一个新世界。在接收长门透过电脑发送的讯息后，阿虚想起了朝比奈（大）的提示，便来到春日面前——

阿虚在古泉、长门及实玖瑠的迎接中平安归来，并向学生会提出让SOS团正式成为学校社团的所需文件。春日依然故我，定下了第二次神秘事件搜寻行动的日期。