神奇阿呦第二部全集故事讲述的是在神奇阿呦第一季最后一集中阿呦为了给小米去掉颜料，前往别的星球，机器流星人利用阿呦的善心逃脱，却引来了一个真正的流星人阿巴。阿呦把流星人阿巴带回小米家，但小米嫌它吵，阿巴就跑出去了。阿巴觉得实现别人的愿望很难，很伤心，想要回宇宙。
在这众人都会魔法的世界，魔力高低成为了衡量地位的标准，而不会使用魔法的人则会遭到处决。马修天生不会使用魔法，被养父藏匿起来照顾。他为了自己跟家人能平安生活，决定用长年锻炼出来的一身肌肉与世界抗衡。
表面上，高岭清麿（樱井孝宏 配音）是一个个性孤僻不爱上学的不良少年，但他其实是个拥有超高智商的天才少年。某日，一个外表奇特的男孩找到了清麿，男孩告诉清麿自己叫卡修（大谷育江 配音），此行前来的目的是为了报恩。就这样，清麿收留了卡修，两人的同居生活正式开始。 在卡修随身携带的红书里，隐藏了卡修失忆的线索，而清麿居然轻易的就读懂了上面古怪的文字，从而展开了一段魔幻奇缘。原来，在这个世界上，存在着很多像卡修这样带着魔法书的孩子们，在他们之间，以破坏其余的魔法书为目的，持续着一场浩荡的战争。而卡修和清麿，亦被卷入了这场残酷的战争中去。
在星奏学院里，学生被分为两类，一类是就读于普通科的平凡学生，另一类是就读于音乐科的能够看见音乐精灵的演奏天才。在一次偶然中，普通科的日野香穗子（高木礼子 配音）撞见了音乐精灵莉莉（水桥香织 配音）。莉莉赠予了完全不同音律的香穗子一把魔法小提琴，只要和小提琴心意相通，就算是完全没有经验的初学者也可以演奏出美妙的旋律。 凭借着魔法小提琴，香穗子被选中参加了学校的音乐演奏会。这突如其来的新人遭到了许多学生的妒忌和算计，但香穗子也因此结识了一帮热爱音乐的良师益友。冷酷毒舌的月森莲（谷山纪章 配音），沉默温柔的志水桂一（福山润 配音），开朗率真的土浦梁太郎（伊藤健太郎 配音），双重性格的柚木梓马（岸尾大辅 配音），在和这些天才们相处的过程中，香穗子发现，自己对于音乐的心意渐渐的发生了变化。
橘晶（渡部纱弓 配音）拥有着一副冷淡的外表，内心里却是和外表极不相称的天真和单纯。橘曾经是学校田径队的种子选手，却因为种种意外而选择了退出。之后，橘来到了名为“GARDEN”的家庭餐馆打工，餐馆的老板是一个名叫近藤正己（平田广明 配音）的男人，他离过一次婚并且有一个孩子。 看上去邋里邋遢对什么都不在乎的近藤意外的吸引了橘的注意，渐渐的，橘无可救药的喜欢上了这个年长她28岁的男人。当这份炙热的感情再也无法隐藏之时，橘对近藤表白了，然而，换来的却是对方的拒绝。但橘并没有气馁，她选择以朋友的身份留在近藤的身边，怀揣着小小的期待，期待她如同雨季一样悠长的单恋能够迎来小小的晴天。
