Rintarou Okabe, seorang ilmuwan gadungan yang eksentriknya minta ampun, punya obsesi fana buat bikin penemuan ilmiah yang gokil. Bersama temannya yang polos bernama Mayuri Shiina dan si hacker wibu Itaru "Daru" Hashida, Okabe mendirikan "Laboratorium Gadget Masa Depan". Sayangnya, meski gayanya udah kayak ilmuwan jenius di film-film, satu-satunya alat buatan mereka yang beneran berfungsi cuma sebuah microwave modifikasi yang anehnya bisa ngubah pisang jadi gel ijo lembek.
Tapi, segalanya berubah pas Okabe datang ke sebuah seminar tentang mesin waktu. Setelah ngalamin serangkaian kejadian aneh yang bikin otaknya berputar, dia sadar kalau microwave ponsel di labnya itu ternyata punya fungsi rahasia yang jauh lebih ngeri: bisa ngirim pesan teks ke masa lalu! Iseng-iseng berhadiah, Okabe pun mulai mengutak-atik penemuan barunya ini tanpa tahu kalau eksperimen mereka diam-diam memicu perhatian dari SERN, sebuah organisasi rahasia yang super berbahaya.
Gara-gara keisengan mengubah masa lalu lewat SMS, hidup Okabe dan teman-temannya langsung terancam bahaya besar karena efek kupu-kupu (butterfly effect) yang merusak lini masa. Sekarang, Okabe harus berjuang mati-matian melompati waktu demi menyelamatkan orang-orang yang dia sayangi, sekaligus bertaruh nyawa mempertahankan kewarasannya yang makin lama makin terkikis.
