Tytułowa Umaru jest perfekcyjną uczennicą odznaczającą się wzorowym zachowaniem oraz wysokimi ocenami. Jakby tego było mało, jest również nieprzeciętnie ładna, dzięki czemu staje się obiektem westchnień wielu rówieśników. Jednak to nie wszystko: Umaru posiada sekret, który wychodząc na światło dzienne, mógłby zrujnować jej wizerunek. Gdy bohaterka przekracza próg swojego domu, przemienia się w hikikomori objadającego się słodyczami, zbierającego mangi oraz nieustannie grającego w gry.

Akcja Princess Principal rozgrywa się w Albionie – alternatywnej wersji Anglii z początku XX wieku. Odkrycie tam kaworytu – substancji zmniejszającej oddziaływanie grawitacji, wieńczy rewolucję przemysłową i umożliwia powstanie pierwszej w historii floty powietrznej. Na to jednak Albion okazuje się ekonomicznie nieprzygotowany. Zbyt szybka ekspansja i nadmierne bogacenie się władzy wzmagają dyskryminację niższych warstw społecznych, co kończy się krwawym przewrotem. Londyn przedzielony zostaje murem izolującym monarchistyczne Królestwo od zdemokratyzowanej Wspólnoty, stając się tym samym placem boju dla tajnej wojny szpiegów.

Ueno-san jest uczennicą trzeciego roku gimnazjum i jest zakochana w pojęciu "zakochać się". Tworzy wynalazki, które stara się w pełni wykorzystać i chce aby jej kouhai z koła naukowego - Tanaka zwrócił uwagę na nią i jej wynalazki.

15 lat temu wybuchł pierwszy konflikt ludzkości z istotami z Innego Świata. Trwał tylko dwa tygodnie, ale setki miast zostało przy tym zniszczonych, a 5 milionów ludzi straciło swe życia. Ludzkość była kompletnie bezsilna przeciwko obcej armii. Następnie pół roku przed przedstawianymi wydarzeniami wystąpił drugi konflikt, rasa ludzka rozpaczliwie próbowała się oprzeć, lecz konwencjonalna broń była bezsilna przeciwko technologi najeźdźców. Ziemianie zostali pokonani, a prawie cała nasza planeta podbita. Ludzkość musiała porzucić stały grunt i przenieść się na morza, zamieszkując na ogromnych pływających miastach oraz nie mając komunikacji z lądem.

Syndrom Okresu Dojrzewania – tajemnicy syndrom, który wpływa na tych w okresie dojrzewania. Na przykład, dziewczyna-królik nagle pojawiła się przed Sakutą Azusagawa. Prawdziwa tożsamość dziewczyny-królika to Mai Sakurajima, nastoletnia sława, która obecnie jest starszą licealistką w zawieszeniu. Z jakiegoś powodu jej czarująca figura nie przykuwa uwagi reszty. W trakcie odkrywania tajemnicy kryjącej się za tym zjawiskiem, Sakuta zaczyna odkrywać uczucia wobec Mai. Rozgywająca się akcja w mieście, gdzie niebo i morza błyszczą, Sakuta odkrywa znaczenie za tym tajemniczym spotkaniem kobiety z wcześniej wspomnianym syndromem.

Syndrom Okresu Dojrzewania – tajemnicy syndrom, który wpływa na tych w okresie dojrzewania. Na przykład, dziewczyna-królik nagle pojawiła się przed Sakutą Azusagawa. Prawdziwa tożsamość dziewczyny-królika to Mai Sakurajima, nastoletnia sława, która obecnie jest starszą licealistką w zawieszeniu. Z jakiegoś powodu jej czarująca figura nie przykuwa uwagi reszty. W trakcie odkrywania tajemnicy kryjącej się za tym zjawiskiem, Sakuta zaczyna odkrywać uczucia wobec Mai. Rozgywająca się akcja w mieście, gdzie niebo i morza błyszczą, Sakuta odkrywa znaczenie za tym tajemniczym spotkaniem kobiety z wcześniej wspomnianym syndromem.

Ostatniego dnia wiosennej przerwy, miasto niszczy kataklizm, a przed licealistą Itsuką Shido, pojawia się zakuta w zbroję piękna dziewczyna. Przybrana siostra Shido, Kotori, wyjaśnia mu, że należy do zwalczającej ich przyczynę organizacji Ratatosk, oraz że to dziewczyna jest powodem czasoprzestrzennych trzęsień, po czym nakazuje mu, by... udał się z nią na randkę. Kim jest piękna, a zarazem tajemnicza dziewczyna, czego tak naprawdę chce od niej organizacja i jak miłość może ocalić świat?