Os episódios são postos de maneira não-linear, sendo que o que mais se encaixaria como um OVA foi exibido na TV japonesa como o 1º episódio. Essa estratégia segue as linhas gerais do anime, nas quais a situação real dos personagens é revelada pouco a pouco, buscando surpreender o espectador.

Personagens:
Na série, existem cinco personagens principais, membros da Brigada SOS:

*Suzumiya Haruhi é a personagem principal, que dá o nome ao anime. De hábitos excêntricos, começou o clube que dá a base de sustentação da história. Seu objetivo principal é encontrar alienígenas, viajantes do tempo, de outras dimensões, pessoas com poderes psíquicos e fazer outras coisas estranhas que possam aliviá-la do tédio que sente do mundo. Praticamente todas as decisões que ela toma influencia os personagens em maior ou menor grau; Entretanto, existem episódios nos quais ela não tem participação ativa, ficando como um personagem secundário.

*Kyon é o narrador da série, tem o apelido de Kyon. Seu nome real não é dito em nenhum momento na série. Embora seja o mais comum dos integrantes, ele é o que conta a história, e por isso todo o anime circunda o ponto de vista dele.

*Nagato Yuki também faz parte do grupo de protagonistas. Possui a aparência de uma leitora assídua e faz parte originalmente do Clube de Literatura, o qual iria fechar pela falta de membros novos ao grupo. Haruhi prontamente resolve assumir o controle da sala do Clube e aproveita ainda para recrutá-la também. Mais adiante, é revelado que Nagato Yuki é uma alienígena que serve a "Entidade Integrada de Dados", e que foi enviada para vigiar as ações de Haruhi.

*Asahina Mikuru é mais velha que o restante dos protagonistas, sendo uma classe mais velha que os outros integrantes. Kyon se sente muito atraído por ela e tenta protegê-la dos abusos e mal-tratos que ela sofre. Ela faz o tipo lolita, sendo que no decorrer da história ela veste várias fantasias, como de empregada, sapo e 'bunny-girl'. A quarta a ingressar o grupo, é na verdade uma Viajante do Tempo.

*Koizumi Itsuki foi o último a ingressar o grupo. Seu rosto sempre mostra um sorriso, aparentando ter sempre o controle da situação. Ele é um Esper, ou seja, tem poderes psíquicos, mas que só podem ser usados quando ele está dentro de um "Espaço Restrito", dimensão paralela criada pelos poderes de Haruhi. Faz parte da "Organização", um grupo que investiga os poderes de Suzumiya Haruhi.

Brigada SOS: A Brigada SOS é o nome do clube que Haruhi começou pouco após começar o colegial. O nome do clube é na verdade um acrônimo de "Sekai wo Ooini moriagerutame no Suzumiya Haruhi no dan", que significa "Brigada Suzumiya Haruhi para a salvação do mundo através da diversão" (tradução não-literal)[1]. Haruhi decidiu criar o clube depois que Kyon discutiu com ela que as maiores invenções da humanidade foram descobertas apenas por gênios, pessoas especiais; Inspirada por esse discurso, Haruhi decide criar um clube para que todos os alienígenas, viajantes do tempo, de dimensões e pessoas com poderes paranormais pudessem entrar na sua vida.
O clube inicialmente começou com apenas quatro integrantes: Haruhi, Kyon, Nagato e Mikuru-chan. O último membro entra depois, transferido de outro colégio. Normalmente eles deveriam ser uma associação, mas como eram necessárias cinco pessoas para que isso acontecesse e Koizumi só entraria depois, foi decidido que eles se tornariam uma brigada. Apesar de ter os membros suficientes para continuar existindo, a Brigada se encontra numa situação na qual pode tornar-se uma associação ou parar de existir. Se o conselho escolar não toma nenhuma atitude, é porque ninguém se dispõe a lidar com Haruhi caso uma discussão ocorra.