Rintarou Okabe, seorang ilmuwan gila yang eksentrik dan mengaku dirinya sendiri, kini tak lagi seperti dulu. Depresi dan trauma setelah gagal menyelamatkan temannya, Makise Kurisu, ia memutuskan untuk meninggalkan alter egonya sebagai ilmuwan gila dan hidup sebagai mahasiswa biasa. Dikelilingi oleh teman-teman yang hampir tidak tahu apa-apa tentang pengalaman perjalanan waktunya, Okabe menghabiskan hari-harinya berusaha melupakan kengerian petualangannya sendirian.

Saat bekerja sebagai resepsionis di sebuah forum teknologi kampus, Okabe bertemu dengan Maho Hiyajo, seorang gadis bertubuh mungil dan bersemangat, yang
kemudian ternyata adalah penerjemah dalam presentasi forum tersebut, yang dipimpin oleh Profesor Alexis Leskinen. Di hadapan kerumunan yang tercengang, Alexis dan Maho memperkenalkan Amadeus—sebuah AI revolusioner yang mampu menyimpan ingatan seseorang dan menciptakan simulasi sempurna dari orang tersebut, lengkap dengan kepribadian dan kebiasaannya. Saat bertemu dengan Maho dan Alexis setelah presentasi, Okabe mengetahui bahwa keduanya adalah rekan Kurisu di universitas, dan bahwa mereka telah mensimulasikan dirinya di dalam Amadeus. Dipekerjakan oleh Alexis untuk meneliti perilaku simulasi tersebut, Okabe diberi kesempatan untuk berinteraksi dengan bayangan seorang sahabat tercinta yang telah lama hilang. Terjerat secara berbahaya dalam masa lalu, Okabe harus menghadapi kenyataan pahit dan dengan hati-hati menghindari konsekuensi bencana yang timbul akibat mengganggu aliran waktu yang alami.