Η ταινία διαδραματίζεται έναν χρόνο μετά τα γεγονότα της σειράς. Μετά από πολλά ταξίδια σε πολλές κοσμικές γραμμές λόγω της εφεύρεσης του "D-Mail", ο Rintarou Okabe φτάνει στην κοσμική γραμμή "Steins Gate", στην οποία δεν πεθαίνει κανένας φίλος του και δεν υπάρχει μέλλον, στο οποίο η οργάνωση SERN έχει στην κατοχή της μια χρονομηχανή. Όμως, ο Rintarou αρχίζει και νιώθει τις παρενέργειες των συνεχών του χρονοταξιδιών, πράγμα που τον κάνει να εξαφανιστεί, ενώ μόνο η Makiuse Kurisu, η κοπέλα που σώθηκε χάριν στις προσπάθειές του, τον θυμάται μέσω του déjà vu. Τώρα στηρίζονται όλα στην Kurisu για να επιστρέψει και πάλι ο Okabe.