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约四十年前，人类在火星发现史前文明“Aldnoah”科技。伴随着火星殖民进程与科技垄断主张，火星开拓民与地球之间的摩擦越发扩大。
木之幡米拉（高柳知叶 配音）曾经和一个男孩许下了“寻找小行星”的约定，随着时间的而流失，虽然米拉和这个男孩早已经没有了任何的联系，但这个约定却依然被铭记在米拉的心间。为了完成约定，升上高中的米拉加入了学校的天文社，哪知道为了节省社团经费，天文社竟然于今年同地质社合并，变成了地学社。个性老实，沉默寡言，甚至有些害羞的真中苍（山口爱 配音）、虽然身为学姐，但却异常柔弱的猪濑舞（指出球亚 配音）、常常因为过于认真的性格而被别人误以为在生气的樱井美景（东山奈央 配音）、性格大大咧咧，总是活在自己的世界里的森野真理（上坂堇 配音），对于天空的热爱将这些个性迥异的女孩联结到了一起。
动画舞台设定在1999年、14岁的明智安娜从2027年穿越回1999年的真未来市、在那里她结识了同为14岁、憧憬成为名侦探的少女小林未来、两人目睹了幻影怪盗团夺走人们珍贵之物、令众人陷入困扰的情景后决定挺身而出，变身为名侦探光之美少女。
