สึซึมิยะ ฮารุฮิ นักเรียนหญิงชั้นมัธยม 4 คนหนึ่ง ได้ตั้งกิจกรรมชมรมชื่อ “กองพัน SOS” (SOS団 อ่านว่า “เอสโอเอสดัน” ย่อมาจาก Sekai wo Ooini moriagerutame no Suzumiya Haruhi no dan) โดยมีจุดประสงค์ เพื่อค้นหาและเล่นกับมนุษย์ต่างดาว คนมาจากโลกอนาคต คนจากมิติอื่น ผู้มีพลังวิเศษ และสิ่งเหนือธรรมชาติอื่นๆ เนื้อเรื่องเล่ากิจกรรมและการผจญภัยของฮารุฮิและสมาชิกคนอื่นของกองพัน SOS โดยผ่านมุมมอง ของเคียวน์ ตัวละครเอกของเรื่อง