O excêntrico cientista Rintarou Okabe tem uma sede inesgotável de exploração científica. Junto com sua amiga estúpida, mas bem-intencionada, Mayuri Shiina e seu colega de quarto Itaru Hashida, Rintarou funda o Future Gadget Laboratory na esperança de criar inovações tecnológicas que confundam a psique humana. Apesar das alegações de grandeza, o único “aparelho” notável que o trio criou é um micro-ondas que tem o poder misterioso de transformar bananas em gosma verde. No entanto, quando Rintarou decide participar da conferência do neurocientista Kurisu Makise sobre viagens no tempo, ele vivencia uma série de eventos estranhos que o levam a acreditar que há mais no gadget "Telefone Microondas" do que aparenta. Aparentemente capaz de enviar mensagens de texto para o passado usando o micro-ondas, Rintarou se envolve ainda mais com a “máquina do tempo”, atraindo a ira e a atenção da misteriosa organização SERN. Devido à nova descoberta, Rintarou e seus amigos se encontram em um perigo sempre presente. Enquanto trabalha para mitigar os danos que sua invenção causou à linha do tempo, ele não está apenas travando uma batalha para salvar seus entes queridos, mas também contra sua degradante sanidade.