En una conferencia sobre viajes en el tiempo, el científico Rintarō Okabe se encuentra con una mujer que asegura haberlo conocido quince minutos atrás y que es apuñalada.

Okabe recibe la visita de un autoproclamado viajero en el tiempo y prueba con éxito su microondas usando una banana.

Okabe se da cuenta de que su microondas manda mensajes al pasado y descubre un secreto perturbador cuando entra a la red de SERN.

John Titor le revela a Okabe que puede descifrar los archivos de SERN sin un computador IBN 5100, un modelo poco común muy difícil de rastrear.

Okabe descubre detalles de los horribles experimentos que SERN hizo sobre viajes en el tiempo y recibe una advertencia de Suzuha acerca de Kurisu.

Okabe manda mensajes de prueba al pasado e intenta hacer, sin éxito, que Moeka no se entere de qué se trata su trabajo.

Cuando Okabe consigue alterar el tiempo, Titor empieza a creer que Okabe podría salvar al mundo de un futuro distópico.

Okabe continúa con sus experimentos, lo que lo lleva a producir cambios en el mundo que solo él puede recordar, y también a intentar hacer que Ruka renazca como chica.

Uno de los cambios ocasiona la desaparición del crucial computador IBN 5100 del mundo, otro cambio produce modificaciones en las propiedades físicas de la ciudad.

Okabe recibe un mensaje amenazante y Suzuha, que no logra encontrar a su padre, regresa a casa sin decir adiós.

Okabe se entera de que la televisión en reparación está vinculada a poder mandar mensajes al pasado, Kurisu cree que puede transportar emociones a través del tiempo.

Kurisu termina su máquina del tiempo, capaz de mandar emociones al pasado. Suzuha teme estar predestinada a convertirse en espía de SERN.

Okabe utiliza la máquina del tiempo para intentar prevenir el asesinato de Mayuri, pero la misión parece ser más complicada de lo que aparentaba.

Okabe se siente devastado por no haber podido salvar a Mayuri, Kurisu explica por qué puede no ser posible y Suzuha hace una revelación impactante.

Suzuha revela los planes de SERN para instalar un gobierno totalitario en 2036; Okabe y el resto del equipo se proponen encontrar al padre de Suzuha.

Okabe encuentra al padre de Suzuha pero su intento de reunirlos termina en una tragedia que intentará corregir con la máquina del tiempo.

Cuando Okabe descubre que Mayuri está condenada a morir, intenta, junto con Kurisu, mutar los efectos de los mensajes que han cambiado irreversiblemente el tiempo.

Okabe intenta convencer a Ruka de que es en realidad un hombre y de que solo si deshace el efecto de los mensajes será capaz de salvar la vida de Mayuri.

Cuando Okabe descubre que Moeka se suicidó, decide deshacer el acto a través de mensajes, lo que deja a Moeka sintiéndose traicionada.

Okabe encuentra los IBN 5100 que faltaban y descubre la identidad de "FB", pero también se da cuenta de que obtener el computador implica perder a Kurisu.

Okabe espera mantener a Kurisu con vida si no hackea el IBN 5100, pero se percata de que o ella o Mayuri deben morir en esta línea de tiempo alterna.

Kurisu convence a Okabe de dejarla morir para que Mayuri viva. En el momento en que Okabe destruye el microondas, recibe un mensaje crucial de parte de Suzuha.

Okabe viaja en el tiempo con Suzuha justo antes de la muerte de Kurisu para ver los albores de las máquinas del tiempo y el inicio de la Tercera Guerra Mundial.

Okabe hace un sacrificio personal para intentar recuperar el orden del mundo y salvar las vidas de sus compañeros.