Rintarō Okabe, ein selbst ernannter verrückter Wissenschaftler, sowie die talentierte Neurowissenschaftlerin Kurisu Makise, gehören zu jenen, die tagtäglich die Straßen von Akihabara bevölkern. Eines Tages kommt es dort zu seltsamen Vorkommnissen, die die beiden Protagonisten zusammenführen. Bei näherer Untersuchung der Vorfälle stellen sie fest, dass sie mit einer umgebauten Mikrowelle Nachrichten in die Vergangenheit schicken können. Schon bald wird jedoch die Organisation SERN, die ebenfalls im Bereich der Zeitreisen forscht, auf sie aufmerksam und beginnt sie zu jagen.