Film ini berlangsung satu tahun setelah peristiwa dari seri anime. Setelah melalui perjalanan yang melelahkan di beberapa ‘Dunia Garis‘ karena penemuan ‘D-Mail‘, pesan teks yang dapat dikirim ke masa lalu, Rintarou Okabe telah diduga mendarat di “Steins Gate” Jalur Dunia, di mana tidak ada temannya harus mati dan masa depan yang diperintah oleh Sern karena penemuan mesin waktu tidak ada lagi. Namun, Rintarou segera mulai merasakan efek samping dari waktu konstan bepergian di beberapa Dunia Lines, yang segera membangun dan menyebabkan Rintarou tiba-tiba menghilang dari keberadaan, dengan hanya Kurisu Makise, gadis yang dia diselamatkan berkat usahanya, mengingat dia melalui déjà vu. Sekarang sampai dengan Kurisu untuk menemukan cara untuk mendapatkan Rintarou kembali.
