Akcja Zniknięcia Nagato Yuki-chan rozgrywa się w alternatywnej rzeczywistości, w której Yuki Nagato jest jedynym członkiem Brygady SOS. Pozostali członkowie klubu, w tym Haruhi Suzumiya, Mikuru Asahina i Ituki Koizumi, zniknęli. Yuki jest zdeterminowana dowiedzieć się, co stało się z jej przyjaciółmi i sprowadzić ich z powrotem.
Serial jest opowiadany z perspektywy Yuki i bada jej myśli i uczucia podczas śledztwa w sprawie zniknięć. Zagłębia się także w relacje pomiędzy członkami Brygady SOS oraz w jaki sposób zaginięcia wpłynęły na nich.
Zniknięcie Nagato Yuki-chan chwalono za rozwój postaci i zgłębianie tematów przyjaźni i lojalności. Serial chwalono także za piękne ilustracje i wierną adaptację oryginalnych lekkich powieści.
Zniknięcie Nagato Yuki-chan to obowiązkowa lektura dla fanów Melancholii Haruhi Suzumiya i każdego, kto lubi dobre tajemnice.