Rok 2022. W technologii wirtualnej rzeczywistości nastąpił przełom. Inżynierom udało się stworzyć hełm nazwany NerveGear - narzędzie zdolne przenieść świadomość użytkownika do świata gier. Tytułem startowym na tę platformę został Sword Art Online (SAO). Yuuki Asuna przez przypadek znajduje ten zestaw wraz z grą w pokoju swojego starszego brata. 
Dawno temu, Fujishirou Kosuke wyznał miłość swojej przyjaciółce. Przyrzekł, że zachowa czystość, do czasu, aż będą mogli być razem, by mógł przeżyć z nią swoje pierwsze zbliżenie. Lata później chłopak budzi się w celi więziennej i zdaje sobie sprawę, iż został porwany. Jego oczom ukazuje się piękna kobieta, która próbuje go uwieść.
Tsubaki Akira to przeciętny uczeń szkoły średniej. Pewnego dnia do jego klasy dołącza Urabe Mikoto, która zajmuje wolne miejsce koło niego. Dziewczyna sprawia wrażenie skrytej w sobie a wręcz zimnej - odczytanie emocji wyrażanych przez nią nie ułatwia fakt, iż jej włosy zasłaniają pół twarzy. Już pierwszego dnia zyskuje miano dziwaczki, gdyż podczas zajęć nagle wybuchła śmiechem.
Dwudziestoletnia Michino Saki została wyrzucona z domu przez swą starszą siostrę. Błąkając się po ulicach trafia na nieznajomego trzydziestokilkulatka - Oota Renta. Pozwala jej przenocować u siebie po tym jak mdleje niedaleko jego mieszkania. Saki skrywa jednak pewną tajemnicę. Jest sukkubem - potrzebuje esencji mężczyzny by przeżyć. Gdy jest głodna jej ciało zaczyna wytwarzać duże stężenia feromonów powodując niepochamowaną żądzę u mężczyzn znajdujących się w pobliżu.
Miyazawa Yukino to najbardziej rozpoznawalna dziewczyna w szkole i przewodnicząca swej klasy. Nie ma żadnych słabych punktów, jej oceny zawsze wystarczają by znalazła się na szczycie listy najlepszych uczniów. Do tego łatwo nawiązuje nowe kontakty, co sprawia, iż od zawsze była obiektem admiracji. W rzeczywistości jednak ta cała otoczka to nic innego niż jej druga twarz.
Trzydzieści lat temu Azja została niemal zrównana z ziemią za sprawą tajemniczego trzęsienia przestrzeni - zjawiska charakteryzującego się silnymi wibracjami przestrzeni nieznanego pochodzenia. W rezultacie zginęło ponad 150 milionów ludzi. Od tego czasu podobne zjawiska zaczęły nawiedzać cały glob, jednak w nieporównywalnie mniejszej skali. Wiele większych miast zdążyło wdrożyć zautomatyzowane systemy bezpieczeństwa składające się między innymi z olbrzymich schronów z miejscem dla wszystkich mieszkańców. Jednym z takich miast jest Tenguu, gdzie mieszka i uczy się - Itsuka Shidou wraz ze swoją młodszą siostrą - Kotori.
Ebihara Chinami od urodzenia posiada tajemniczą moc generowania silnych fal elektromagnetycznych pod wpływem emocji. Dziewczyna nie potrafi ich kontrolować co powodowało w przeszłości wiele problemów w jej życiu i najbliższym otoczeniu. Po kolejnej przeprowadzce trafia do nowej szkoły, gdzie ponownie dochodzi do uszkodzenia sprzętu elektronicznego pod wpływem jej mocy, jednak tym razem zdarzenie zauważa Kannagi Koutarou, który rozpoznaje ową umiejętność jako TYPE-E i obiecuje Chinami pomocną dłoń przy nauce kontrolowania jej emocji.
Po udanej wycieczce szkolnej zaczyna się w końcu długo wyczekiwany okres wakacji letnich. Niemal wszyscy uczniowie wracają do swych rodzinnych domów by zobaczyć się z bliskimi. Po ich powrocie wydarza się nieszczęśliwy wypadek w męskim akademiku - zostaje on całkowicie zalany. Riki pozostaje bez dachu nad głową, jednak Noumi Kudryavka proponuje mu tymczasowe lokum w swoim pokoju.
Jest rok 1985. Uczniowie Szkoły Średniej Sakura - Kurabe Juurou, Fuyusaka Iori i Amiguchi Shuu doświadczają przedziwnego fenomenu wspólnego śnienia o wojnach z Kaijuu w przeszłości oraz przyszłości. Są oni również doglądani przez szkolną pielęgniarkę zwaną Morimura Chihiro, która dostarcza nieznany typ leku kilku uczniom ich placówki. Pewnego dnia Juurou przez przypadek odkrywa teczkę z jego aktami w szkolnym ambulatorium, gdzie przedstawiono go jako Izumi Juurou.
Urano Suzu to młoda, dobroduszna dziewczyna, której pasją jest rysowanie. Dorasta na obrzeżach Hirosimy prowadząc zwyczajne, beztroskie życie. Pewnego dnia dostaje propozycję małżeństwa od chłopaka Houjou Shuusaku z sąsiedniego miasta Kure, którego prawie nie zna, jednak decyduje się ją przyjąć, co skutkuje przeprowadzką do domu rodzinnego Shuusaku.
Morishima Hodaka w wieku szesnastu lat ucieka z rodzinnej miejscowości do Tokio. Na miejscu zaczyna poszukiwania pracy, jednak po pewnym czasie uświadamia sobie, iż w jego sytuacji nie ma szans na znalezienie niczego legalnego. Wykończony i głodny wchodzi do pobliskiego baru szybkiej obsługi, gdzie młoda, życzliwa sprzedawczyni funduje mu posiłek. Hodaka przypomina sobie o wizytówce otrzymanej od mężczyzny poznanego na statku podczas rejsu do Tokio i postanawia się z nim skontaktować.
Azusagawa Sakuta od czasu poznania Sakurajimy Mai nieustannie doświadcza nadprzyrodzonych zjawisk zwanych syndromem dorastania. Po przeżyciach z Mai, która w niewyjaśniony sposób przestała być zauważana przez innych ludzi oraz jego siostrą Kaede nadszedł czas na ostateczne rozwiązanie sprawy podwójnej egzystencji Makinohary Shouko.