柏木空（田村睦心 配音）是一名平凡的男子高中生，因为父亲是一位冒险家，常常不在家，因此，从很小的时候起柏木空就开始独立生活，变得非常擅长料理家事。这一天，柏木空收到了父亲从埃及寄来的包裹，打开包裹后，一个小小的木乃伊出现在了柏木空的面前，看着这个瑟瑟发抖的迷之生物，柏木空哭笑不得。 就这样，柏木空开始了和木乃伊一起的生活，肩负起了照顾小木乃伊的职责。之后，更多奇形怪状的生物出现在柏木空的身边——个性暴躁贪吃又懒惰的可尼、成熟稳重智商超群的阿勇。
2016年日本的首都圈突然出现巨大的茧。从初次确认以来已经过了数月，其正体仍未判明，人们将这正体不明的茧称作Phenomenon。唯一能够明白的是被吸收到Phenomenon内侧的人们会开始发狂并互相残杀。对此感到焦躁的日本政府为了解决突然出现的Phenomenon而组织了特殊部队。总务省情报管理厅管辖扩张现实特殊战略队群特别攻击队——又名扩张少女系三重奏。
故事发生在一处温馨但偏僻的田园小镇奥木染，双亲过世的少年春日野悠（桥本隆 配音）带着体弱多病的妹妹春日野穹（田口宏子 配音）千里迢迢的来到了这里，准备寄宿在祖父留下的房子中。虽然照顾妹妹的起居很辛苦，但悠还是拥有了一段难得愉快的时光。在这里，悠遇见了幼年的玩伴天女目瑛（阪田佳代 配音），成熟温柔的姐姐依媛奈绪（猪口有佳 配音），认真可爱的大小姐渚一叶（小野凉子 配音）等热情亲切的朋友们，还有同班损友中里亮平（中国卓郎 配音）的插科打诨让他笑口常开。同时，一些模糊的回忆逐渐的浮上了心头，是和谁有过怎样的约定呢？面对着面前似曾相识的风景，悠的记忆开始苏醒。
