Rintarô Okabe, jeune chercheur s’étant autoproclamé « savant fou », est persuadé qu’une organisation secrète œuvre pour contrôler le monde. Fondateur et membre émérite du « Labo », il met au point avec son équipe une panoplie de gadgets futuristes dans le but de contrer ses ennemis. Par inadvertance, en modifiant leur micro-ondes, ils créent un système révolutionnaire capable d’envoyer des messages dans le passé, ce qui éveille l’intérêt du SERN, un centre de recherche étudiant les voyages temporels. Mais l’usage de ce dernier finit par altérer inévitablement le cours du temps…