绝大部分的故事都发生在美国一个名为小镇村（The City of Townsville）的都市，飞天小女警则是这座城市的保护者，举凡阻止银行抢案、火场救援、防止怪兽破坏城市等，都是她们的工作。 飞天小女警对付犯案者及怪兽毫不留情，几乎总是会狠狠的揍他们一顿，再把他们丢进监牢或交给警方。飞天小女警有专属的热线电话，市政厅、小橡树幼稚园和基妮老师家里都设有分机。发生犯罪事件时通常是由市长打电话通知飞天小女警。飞天小女警的主旨是“英雄不是绝对的善，坏蛋也不是绝对的恶…因为每个人都有好的本性和坏的本性，只看你怎么选择。
开学第一天，普通高中生五河士道（岛崎信长 配音）如常来到学校，不料遭遇了突如其来的“空间震”现象。同学们纷纷躲进避难所，士道想起与妹妹（竹达彩奈 配音）的约定，他不顾危险跑到街道上，却遇到一个穿着盔甲手持大剑的神秘美少女（井上麻里奈 配音）。美少女正要攻击他时，同班同学鸢一折纸（富樫美铃 配音）率领着AST部队，与她展开了激烈的战斗。随后士道被带入空中舰艇，他惊讶地发现司令官竟然是自己的妹妹！他还得知那名少女是“精灵”，一直以来困扰着人类世界的空间震现象，正是这种精灵造成的。要对付精灵，除了出动部队赶尽杀绝以外，还有另外一种方法，而这种方法只能依靠士道。那就是与精灵约会，感化她，让她爱上这个世界，爱上人类。平凡少年五河士道，能不能攻略这个绝美精灵少女？
