O autoproclamado cientista louco Rintaro Okabe aluga um quarto em um prédio velho e frágil em Akihabara, onde se entrega ao hobby de inventar "dispositivos do futuro" com colegas membros do laboratório: Mayuri Shiina, seu amiga de infância teimosa, e Hashida Itaru, um hacker pervertido apelidado de "Daru". Os três passam o tempo mexendo em sua engenhoca mais promissora, uma máquina batizada de "Telefone Microondas", que desempenha a estranha função de transformar bananas em pilhas de gel verde.

Embora milagroso em si mesmo, o fenômeno não fornece nada de concreto na busca de Okabe por um avanço científico; isto é, até que os membros do laboratório sejam estimulados a entrar em ação por uma série de acontecimentos misteriosos antes de tropeçarem em um sucesso inesperado - o Telefone Microondas pode enviar e-mails para o passado, alterando o fluxo da história.