数学天才小美为了拯救陷入重重困难的数学魔法学校，在Y老师、武士黑石和时间旅行者小夏的帮助下与被黑魔法控制的X斗智斗勇，最终小美用正义、强大的数学魔法打败了X，赢得了数学圣杯，也让世界恢复了原有的模样期间小美和Y老师被魔法魔方吸入在不同的时空中穿越冒险，每一次穿越都会遇到新的危机和X设下的陷阱，小美在Y老师的教导下一次次地运用数学知识破解了各种问题，她的知识力量逐渐强大，也逐渐成长为数学大魔法师。在穿越冒险中，不仅有精彩激烈的故事情节，还有丰富有趣的数学知识，层层深入地向小朋友们展示小美不断完善自我，学习并运用数学知识解决问题，克服困难的冒险历程。
《数学魔法》故事主线极富神采，动漫以重视友谊，保持忠诚为核心，整体充满了张力和动人的情感力量，配音堪称一绝，影片的设计超出预期的水准。画风绚丽多彩，角色设计程度很高，剧情吸引人，特效达到了极高的境界，是一部有着童话般纯真美好的动画片。
