สึซึมิยะ ฮารุฮิ เป็นนักเรียนหญิงชั้นมัธยมปีที่ 4 ผู้ที่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงสิ่งต่างๆรอบตัวจากจิตใต้สำนึกได้โดยที่เธอไม่รู้ตัว เธอได้ก่อตั้งชมรมที่เรียกว่า "หน่วยเอสโอเอส" (SOS dan) ย่อมาจาก "Sekai wo Ooini moriagerutame no Suzumiya Haruhi no dan" แปลว่า "หน่วยของสึซึมิยะ ฮารุฮิ เพื่อทำให้โลกนี้สนุกสนานครื้นเครงยิ่งขึ้น" โดยมีจุดประสงค์เพื่อค้นหาปรากฏการณ์ประหลาดเหนือธรรมชาติ, มนุษย์ต่างดาว, ผู้เดินทางข้ามกาลเวลา, มนุษย์ต่างมิติ และผู้มีพลังพิเศษ ฮารุฮิได้บังคับเคียวน์ เพื่อนร่วมชั้น(ผู้เล่าเรื่อง) และสมาชิกอีกสามคน ได้แก่ หนอนหนังสือไร้อารมณ์ นางาโตะ ยูกิ, สาวน้อยขี้อาย อาซาฮินะ มิคุรุ และ นักเรียนอารมณ์ดีที่ย้ายเข้ามาใหม่ โคอิซึมิ อิซึกิ เข้าเป็นสมาชิกกลุ่ม หลังจากนั้นทั้งสามได้เปิดเผยตัวตนที่แท้จริงแก่เคียวน์ ว่าไม่ได้เป็นมนุษย์ธรรมดาแต่เป็นกลุ่มที่ฮารุฮิกำลังค้นหาอยู่ นั่นคือ มนุษย์ต่างดาว, ผู้เดินทางข้ามกาลเวลา และผู้มีพลังพิเศษ ซึ่งส่งมาจากองค์กรลึกลับต่างๆเพื่อศึกษาสามารถพิเศษของฮารุฮิและยับยั้งฮารุฮิจากการเปลี่ยนแปลงโลกโดยไม่รู้ตัว โดยพยายามทำให้เธอใช้ชีวิตอยู่อย่างคนปกติ