O autoproclamado cientista louco Rintarou 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 amigo de infância cabeça-dura, e Hashida Itaru, um hacker pervertido apelidado de Daru. Os três passam o tempo mexendo em sua engenhoca mais promissora, uma máquina batizada de Microondas do Telefone, 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 se depararem com um sucesso inesperado - o Phone Microwave pode enviar e-mails para o passado, alterando o fluxo da história. Adaptado do romance visual aclamado pela crítica por 5pb. e Nitroplus, Steins; Gate leva Okabe pelas profundezas da teoria científica e praticidade. Forçado a atravessar os fios divergentes do passado e do presente, Okabe deve arcar com os fardos que vêm com a posse da chave para o reino do tempo.