电视动画片《魔法科高中的劣等生》改编自佐岛勤原作的同名轻小说，由MADHOUSE负责制作。动画于2014年4月5日起在TOKYO MX、栃木电视台、群马电视台首播，全26话。第2期动画“来访者篇”于2019年10月宣布动画化的决定。剧场版《魔法科高中的劣等生：呼唤繁星的少女》于2017年6月17日在日本上映。故事发生在二十一世纪末的日本。魔法，这不是一个传说，而是现代科学的一项技术。它被应用至今已经过了一个世纪。曾经被称为「超能力」的先天具有的能力被以“魔法”这个名字的体系替代，高超的的魔法师被认为是国家的实力。西历 2095 年的春天，新生入学的季节。国立魔法大学附属第一高中——通称“魔法科高中”，是由成绩优秀的“一科生”，和作为一科生替补的“二科生”所构成，他们也各自被冠上了“花冠（bloom）”，以及“杂草（weed）”之名。就在这样的魔法科高中里，一对兄妹入学了。
2096年4月到来，升入二年级的达也周围发生了许多变化。达也和美月转入了新设立的魔法工学科。幹比古从两个科目转到了一个科目。此外，达也和深雪开始与被派遣到四叶家当仆人的水波同住，三人的共同生活开始了。尽管达也希望今年能过上平静的学生生活，但新生包括七草家的双胞胎香澄和泉美，以及新生代表七宝琢磨，都是七草家的竞争对手，人人都各有特色，令人琢磨不透……。
第一高中进入社团招生周，招生过程风平浪静，风纪委员会的香澄却和社团联盟执行部的琢磨产生摩擦。另一方面，反魔法师的舆论逐渐高涨，幕后似乎有着七草家的影子…
为了对抗在野党神田议员的作秀行动，达也决定挑战加重系魔法三大难题之一，在第一高中公开进行热核融合魔法反应炉的实验。真夜收到实验成功的消息，也回想起当时横滨事变结束之后，和达也进行的那段对话。
恒星炉实验成功，参与实验的学生备受赞赏，琢磨却以为七草家藉此打响名号，和香澄吵到差点以魔法对打。为了解决这场纷争，学生会决定让七宝琢磨和七草双胞胎进行魔法比试。
九校战将近，第一高中也磨拳擦掌以连霸为目标，营运委员会却宣布更换三项竞赛项目，其中包括军事色彩强烈的「越野障碍赛跑」。九岛家前任当家「宗师」九岛烈这么指使的用意，是要进行「寄生人偶」的实战测试。
达也收到九校战相关的内部文件，得知九岛家要在越野障碍赛跑进行「P兵器」的实验，因而前往奈良的前第九研进行调查。 另一方面，掌握情报的四叶家，也联系101旅的佐伯旅长要求协助。
九校战正式开始，达也一边辅助选手们拿下佳绩，一边还要忙于调查比赛背后的阴谋。就在达也终于得到线索准备外出时，深雪却一脸愁容挡住他的去路。
越野障碍赛跑比赛当天，达也预先来到赛场要除掉所有寄生人偶。借由八云先前的指点，达也顺利逐一封印人偶内部的寄生物，在最后对上最强的四具个体「Prime Four」。
第一高中新年度的学生会，由深雪担任会长正式开始运作，校内也开始准备今年的论文竞赛。某天，文弥与亚夜子来到达也家转交真夜的信，内容是委托达也协助逮捕周公瑾。
九岛烈为了促成周公瑾的捕获，达也、深雪和水波前往奈良拜访九岛烈。九岛烈愉快地接受了达也的提议，并介绍了他的孙子光宣。光宣比达也低一年级，虽然身体虚弱，但拥有强大的魔法力量。在餐桌上听到达也他们正在寻找传统派的术者时，光宣主动提出愿意协助。次日，在光宣的带领下，达也他们在奈良游览传统派的据点时，在奈良公园遭到了传统派的袭击。
真由美得知自己的护卫名仓遇害，觉得事情并不单纯，请达也协助查明真凶。达也和干比古等人再度来到京都，分头寻找传统派的据点，不意外地遭受传统派魔法师的攻击。
达也等人继续在京都搜索，在清水寺附近获得可靠的情报，可惜光宣身体突然恶化无法继续参与。另一方面，真由美也来到京都和达也前往警局，想从名仓的遗物找出蛛丝马迹。
黑羽姊弟提供情报，达也终于得知周公瑾躲在国防军的基地。为求谨慎，达也向藤林确认情报属实，并且找将辉合作，光宣也自行协助围捕，务必将周公瑾绳之以法。
