故事發生在虛構的城市空崎市,在那裡,存在著一支由身手矯健的少女們所組成的特工組織「月影」,每天入夜,少女們的身影便會在月亮的映照下穿梭在城市的角角落落,守護這座城市與市民們的安全。犯罪組織「魍魎」一直對空崎市虎視眈眈,屢屢進犯,他們是月影最大也是最難對付的對手。
源桃(安齋由香里 配音)是一名高中二年級的學生,本來 平凡無異的她,憑藉著自己的特殊能力,在機緣巧合之下加入了月影。在那裡,她結識了個性認真嚴謹的半藏門雪(沼倉愛美 配音)、積極向上的相模楓(藤田茜 配音)和桀驁不馴古靈精怪的八千代命(洲崎綾 配音)等人。