2009年，當麻紗綾（戶田惠梨香飾）在美國FBI完成訓練后返回日本，被分配至警視廳公安部公安第五課未詳事件特別對策系，在組長野野村光太郎（大杉漣飾）領導下展開工作。此時東京接連發生石油企業高管離奇死亡案件，所有死者心臟均留有明顯手捏痕跡，矛頭直指超能力者群體。案件核心涉及SPEC持有者的明爭暗斗：石油巨頭Diablo（龍雷太飾）秘密雇傭神秘殺手一十一（神木隆之介飾），試圖阻止針對其組織的連環襲擊。這位擁有數字系超能力（可操控概率與電子系統）的少年，因父母曾死于當麻執行任務時的爆炸事件，認定她是"爆彈女"而展開復仇。在追查過程中，當麻的美國友人Nancy（伊藤毅飾）慘遭一十一殺害，促使她與尚未成為搭檔的瀨文焚流（加瀨亮飾）建立聯系。隨著超能力者戰爭升級，這場牽涉政府、企業與特殊個體的陰謀逐漸揭開世界命運的終極謎題。