Em um futuro próximo, Haruyuki Arita é um estudante inseguro que sofre bullying e encontra refúgio em jogos de realidade virtual. Sua vida muda quando a popular Kuroyukihime lhe apresenta o programa secreto Brain Burst, que acelera a mente humana a velocidades incríveis. Ao entrar no mundo de Accel World, Haruyuki precisa lutar em batalhas intensas para ganhar pontos e não perder o acesso ao programa. Enquanto enfrenta poderosos adversários, ele busca proteger Kuroyukihime, descobrir a verdade por trás do Brain Burst e superar seus próprios complexos.