Kyon è un ragazzo che inizia la sua carriera liceale, ormai privo di immaginazione e deluso dalla monotonia del mondo. Il primo giorno di scuola assiste alla presentazione di una ragazza della sua classe, Haruhi Suzumiya, che è sempre stata considerata un personaggio piuttosto strano dai suoi compagni. Durante la sua presentazione mette subito in chiaro che non vuole avere a che fare con "semplici umani" ma solo con alieni, viaggiatori del tempo o esper. Tutti le stanno alla larga, ma Kyon incuriosito le rivolge la parola e da quel giorno il ragazzo diventa la persona più vicina ad Haruhi, tanto che i compagni di classe immaginano ci sia una relazione tra i due. Visto che Haruhi lascia ogni singolo club scolastico in cui entra, Kyon finisce per suggerirle (indirettamente) di creare un suo club personale e la ragazza lo costringe a partecipare come secondo membro. Fondano quindi la Brigata SOS, club a caccia di fenomeni paranormali, e la prima cosa di cui si preoccupa la ragazza è trovare nuovi membri. Va quindi in cerca di personaggi particolari in grado di incarnare lo spirito del club, finendo per trovare Yuki Nagato, una taciturna lettrice, Mikuru Asahina, un "viso da lolita con grandi seni" - utile a puro scopo pubblicitario -, e Itsuki Koizumi, uno studente appena trasferito. Quello che non sa però è che queste tre persone sono nell'ordine un' interfaccia umanoide creata da forme di vita aliene incorporee dette "entità integrate di dati", una viaggiatrice del tempo e un esper. Tutti e tre sono occupati a studiare la strana ragazza e rivelano la loro identità soltanto a Kyon, che risulta essere l'unico membro "normale" del club. Nonostante questo, la vita scolastica del gruppo prosegue nella monotonia e proprio per evitare che Haruhi si annoi troppo, nel tempo si susseguiranno strani avvenimenti creati per scongiurare la possibile "fine del mondo" per mano della stessa Haruhi. Secondo quello che rivela Koizumi, infatti, Haruhi è inconsapevolmente una divinità, e il mondo è creato e cambiato da lei secondo i suoi pensieri, senza che lei si accorga di nulla. Se Haruhi si annoiasse, potrebbe decidere che questo mondo debba essere sostituito da un altro, e distruggerlo. Infatti quando Haruhi si annoia o ha delle frustrazioni, lei crea uno "spazio chiuso", cioè un piccolo altro universo di solito assomigliante ad una parte del nostro, ma di solito senza persone, con un muro invisibile oltre il quale non si può andare, anche se si vede quello che c'è al di là. In questo spazio si muove l'"uomo divino", un gigante che rappresenta le frustrazioni di Haruhi, rinchiuse in uno spazio chiuso della sua mente. Gli esper dell'"Organizzazione" di Koizumi possono interagire con gli spazi chiusi per evitare che si ingrandiscano fino a sostituire il nostro mondo, ma il più delle volte il modo per farlo è evitare che Haruhi si annoi, assecondarla e fare in modo che tutto vada come lei vorrebbe. Anche Mikuru riconosce in Haruhi un'anomalia dato che non può andare indietro nel tempo a più di tre anni prima della storia principale, mentre per Nagato Yuki è in grado di creare dati dal nulla.