Gokukoku no Brynhildr es un anime de ciencia ficción y fantasía que sigue a un estudiante llamado Murakami, que desde la infancia ha sido obsesionado con la idea de los extraterrestres y la existencia de la vida después de la muerte. Un día, conoce a una chica llamada Neko, quien es una "bruja" con habilidades mágicas y que es perseguida por un grupo de cazadores de brujas. Juntos, investigan los misterios detrás de sus habilidades y descubren la verdad detrás de la existencia de las brujas.