公立海老栖川高校の天文部に入部をしようとした、野矢一樹。 しかしそこは、ふ女子が集まる天「悶」部だった。 そうとも知らずにトラブルメ-カー戸田山響子によって一風変わった入部試験（試練）を強いられる一樹。 果たしてその試練の内容とは？また、一樹は試練を乗り越え、無事天悶部へ入部できるのだろうか！？
公立海老栖川高校に通う可憐なふ女子、金森羽片はある日、 登校中に額に絆創膏を貼った猫先生と遭遇する。 恐る恐る剥がした額の絆創膏の下に隠れていた猫先生の秘密とは…。 また、その秘密を知ってしまった金森の運命は…。
ある日、どこからともなく海老栖川高校に謎のメイド、エリザベス・マーガレットが侵入して来た。 天悶部の部室にまで侵入しようとしたエリザベスをいとも簡単に策にかけ、捕獲する響子。 捕まえたエリザベスの話を聞くと、どうやら彼女は誰かを探しに天悶部に来た様子。 また響子とも知り合いで、ただならぬ因縁がある様子。 一体エリザベス・マーガレットは何者なのか？そして彼女の真の目的とは！？
天悶部内で唯一の常識人、廣松理圭。 普段はクールな性格だが、猫を前にすると狂喜乱舞してしまうようで、猫先生にも悶絶。 時を同じくして海老栖川高校では女子生徒が突如失神して発見されるという 「連続女子生徒失神事件」が問題となっていた。 事件の犯人を捜していく内に、天悶部関係者が関与していることが明らかになって来る。 この珍事件の犯人は一体…。
依然、校内で目的の人物を探し続ける戸田山泉子。 何か手がかりを持っているハズの響子に再三詰め寄るが、何も教えてくれない。 激しく対峙する二人の前に偶然通りがかったその人物とは！？ ついに戸田山泉子の探していた意外な人物と、隠されていた海老栖川高校天悶部の謎が明らかになる。
執拗に天悶部を廃部に追い込もうとする生徒会長、伊勢田結花。 実は彼女は天文部設立時のメンバーで、しかも部長だった！？ なぜ部長だった伊勢田が天悶部を廃部に追い込もうとするのか？ 今、副部長 大庭と 元部長 伊勢田の過去が明らかになる。
バンド活動を始めたものの、すぐに飽きてしまった天悶部。 次にカメラでプロモーションビデオ撮影を初め、逃げ出した猫先生の後を追跡することに。 すると、向かった先には天悶部の顧問である大森荘子先生の姿が。 そこで一向は、偶然にも大森荘子先生と、これまで謎に包まれていた謎の"ダーリン" との驚愕の関係性を目撃してしまう。 そして、学校に戻った一樹の体には突如異変が・・・。
突如、変貌を遂げてしまった一樹。 そして彼の力の前に次々と倒れていく天悶部員たち。 一度、退散して次の対策を練る響子たちは、何とか対抗手段を見つけ理科室に向かうが、 一樹の力の犠牲になった女子生徒たちが行く手を阻む。 果たして響子たちは、一樹に打ち勝ち、泉子と学校の皆を元に戻すことはできるのだろうか？
泉子を人質にしたまま、遂に、色んな意味で本当の力を顕わにする一樹。 そこに駆け付けた天悶部員たちは泉子の薬によって皆、幼女にされてしまう。 絶体絶命かと思われた、その時、 大森荘子先生とその”ダーリン”がどこからともなく現れ、救出される天悶部員たち。 それでも尚、強大過ぎる一樹の力の前にまたも倒れてしまう一行。 響子、泉子、一樹の運命やいかに！？
ようやく日常に戻った海老栖川高校。 学園祭の準備が始まり、天悶部も泊まり込みで催し物の準備を進めていた。 黙々と深夜まで作業を続けている一樹の傍に、いつのまにか泉子の姿があった。 寄り添いあい、二人は過去へと思いを馳せる。 泉子が一樹に寄せる一途な想いの理由とは一体…。 これまで語られなかった２人の過去が今、明らかになる。
『ちょっぴりエッチな新作ショートアニメ』はDVD&Blu-ray各巻に収録の映像特典短編アニメ。キャストは全編通して戸田山響子、戸田山泉子、金森羽片、廣松理圭、伊勢田結花、大森荘子の6人。各巻で主役は異なる。
2013年1月26日発売の原作第4巻限定版は、完全オリジナルエピソード「ギガゾーン23 PARTII 秘密く・だ・さ・い」を収録したBlu-ray Discが付録した。当初は2012年12月15日発売予定であった。第10話の最終回のさらに二番締めの最終回となっている。
