Ilmuwan gila yang memproklamirkan dirinya sendiri Rintarou Okabe menyewakan sebuah kamar di gedung tua reyot di Akihabara, di mana dia memanjakan dirinya dengan hobinya menciptakan “gadget masa depan” dengan sesama anggota lab: Mayuri Shiina, teman masa kecilnya yang berkepala dingin, dan Hashida Itaru, seorang hacker mesum yang dijuluki “Daru”. Ketiganya menghabiskan waktu dengan mengutak-atik alat mereka yang paling menjanjikan, sebuah mesin yang dijuluki “Phone Microwave”, yang melakukan fungsi aneh mengubah pisang menjadi tumpukan gel hijau.
Meski ajaib, fenomena itu tidak memberikan sesuatu yang konkret dalam pencarian Okabe akan terobosan ilmiah; yaitu, sampai anggota lab didorong untuk bertindak oleh serangkaian kejadian misterius sebelum menemukan kesuksesan yang tidak terduga — Microwave Telepon dapat mengirim email ke masa lalu, mengubah aliran sejarah.
Diadaptasi dari novel visual yang diakui secara kritis oleh 5pb. dan Nitroplus, Steins; Gate membawa Okabe melalui kedalaman teori ilmiah dan kepraktisan. Dipaksa melintasi benang yang menyimpang dari masa lalu dan masa kini, Okabe harus memikul beban yang datang dengan memegang kunci alam waktu.