對萬物都充滿了好奇心的箕作沙沙芽（高橋花林 配音）、對美食充滿了熱愛的西尾未來（岡咲美保 配音）、擁有超高智商的天才少女雪野日陽（大野柚布子 配音）、性格大大咧咧對什么都不怎么在意的具志堅修普（島袋美由利 配音），這些女孩們隸屬于一個名叫“音樂少女”的偶像團體之中。身為音樂少女的制作人，池橋大輝（平川大輔 配音）雖然每天都在非常認真的工作，但音樂少女的人氣卻始終低迷，公司持續(xù)赤子。最終，大輝做出了一個重要的決定，那就是吸納新成員入團，就這樣，試鏡工作開始了，一位名叫山田木花子（深川芹亞 配音）的女孩也出現(xiàn)在了眾人的視野之中。

　　對于自己出生24年以來沒有女友的人生感到不安的フグ野マスオ在向占卜師詢問是否能擁有戀人的時候、得到的答案卻是[一生無法戀愛或者結(jié)婚]。為此所受到的打擊在一場相親中為對象潮崎渚的一見鐘情所打破。強行將渚帶出去的渚的友人同時也是是マスオ的同事的磯辺波子的指導下互相接近，マスオ也在為了成為渚的戀人而奮斗但是……

　　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。

位于東京西部的巨大“學園都市”。在總?cè)丝谶_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(guān)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(guān)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(guān)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??！