Rintaro Okabe, detto Okarin, è un giovanotto un po' strano: si professa uno scienziato pazzo a capo di un laboratorio che dovrebbe creare gadget futuristici, utili a contrastare una non meglio precisata "organizzazione" che, a suo dire, controlla il mondo. Del laboratorio fanno parte anche la dolce Mayuri Shiina e il ruvido Itaru Hashida detto Daru. Okarin si ritrova improvvisamente a vivere in una strana giornata, in cui gli eventi che lui ricorda sembrano confusi e privi di senso. Tra questi, la morte per accoltellamento della giovane scienziata Kurisu Makise e la disastrosa caduta di un satellite artificiale su un palazzo del centro di Tokyo. Alla fine, un indizio gli fa sorgere il dubbio che alla base di quegli eventi ci sia un mistero che ha a che fare con la linea di universo in cui essi si sono svolti.