Accel World sigue a Haruyuki Arita, un estudiante de secundaria con sobrepeso cuya vida está marcada por el acoso escolar y por refugiarse en los videojuegos en línea. Todo cambia cuando Kuroyukihime, la popular vicepresidenta del consejo estudiantil, se fija en su puntuación imposible y lo lleva a la sala de estudiantes. Allí le presenta Brain Burst, un misterioso programa que acelera las ondas cerebrales del usuario hasta hacer que el mundo parezca detenerse, al tiempo que lo convierte en un combatiente dentro de un juego de duelos en realidad aumentada. En Brain Burst, los jugadores ganan puntos al derrotar a otros usuarios, pero perderlos todos significa quedarse sin acceso al programa para siempre.
Kuroyukihime busca la ayuda de Haruyuki porque quiere conocer al creador de Brain Burst y descubrir por qué existe. Para alcanzar ese objetivo, debe derrotar a los Seis Reyes de los Colores Puros, los poderosos líderes de facción que controlan los puestos más altos del juego, y llegar al nivel 10, el más alto que se puede alcanzar. Después de que Kuroyukihime ayuda a Haruyuki a enfrentarse a los acosadores que lo atormentan, él promete apoyarla. Juntos, se ven arrastrados a las rivalidades, los peligros ocultos y las batallas de alto riesgo que definen el mundo de Accel World.
