Game lấy bối cảnh quận Shibuya của Tokyo năm 2009, nơi Takumi sống trong một thùng xe tải trên nóc một tòa nhà.[1] Cậu đang thảo luận về những vụ giết người "New Generation Madness" ("New Gen") ở Shibuya với người bạn online Grim, thì một người tên "Shogun" gửi tập tin hình ảnh thể hiện một người đàn ông bị đóng cọc trên tường cho Takumi. Ngày hôm sau, trong một lần rời khỏi nhà hiếm hoi, Takumi trông thấy một cô gái tóc hồng gây ra vụ giết người trong bức ảnh mà Shogun gửi, cậu sợ hãi chạy khỏi hiện trường. Mấy hôm sau, cô gái tóc hồng - tên là Sakihata Rimi đến bắt chuyện với Takumi trên trường, cậu tưởng rằng mình sắp bị Rimi giết nhưng được kể rằng họ đã là bạn hơn một năm.

Tin rằng Shogun đang nhắm vào mình, Takumi tìm cách tránh né việc nhìn thấy cảnh giết người và vướng mắc đến những vụ New Gen, Takumi đã thu hút sự chú ý của cảnh sát điều tra. Trong khi đó, những vụ giết người vẫn tiếp tục diễn ra và có vẻ Shogun nhắm vào cậu thật. Takumi tiếp tục chịu ảo tưởng và ảo giác, không chắc điều gì là thật và cậu tin được ai. Trong một ảo tưởng, Shogun xuất hiện với dáng vẻ của một ông già trên xe lăn, nói với cậu rằng nhiều người nữa sẽ chết trừ khi cậu thức tỉnh.

Kishimoto Ayase, người mới chuyển đến trường Takumi, nói rằng cậu chỉ có thể được cứu nếu có "Di-Sword". Ayase triệu hồi Di-Sword trước mặt cậu và nói rằng Di-Sword thực chất được tạo ra từ ảo tưởng bởi những người có năng lực đặc biệt. Takumi còn được biết rằng cô gái cầm kiếm cậu gặp ở nơi công cộng – Aoi Sena – và bạn cô là Orihara Kozue cũng có thể phát ảo tưởng, và rằng những người có năng lực như vậy được gọi là "gigalomaniac". Sau cuộc nói chuyện với hai người họ, cậu biết mình là một gigalomaniac và gigalomaniac có thể biến ảo tưởng thành hiện thực, khả năng đặc biệt này được gọi là "real-boot".

Nozomi Group ở Shibuya được tiết lộ là đang dùng máy Noah II để dùng sức mạnh gigalomaniac với âm mưu đen tối, để làm được điều này, chúng cần người mang máy truyền phát nhằm tăng độ phủ sóng của Noah II. Khi một ảo tưởng gây ra bởi Noah II làm người dân hoảng loạn, Sena và Kozue đã tìm cách phá những máy truyền phát gần đó. Takumi, Sena và Kozue sau đó hợp sức để chống Nozomi. Họ lẻn vào tổng hành dinh Nozomi, đi vào một chỗ nghiên cứu dưới lòng đất nơi họ thấy Noah II và Norose Genichi, giám đốc Nozomi và hai bên giao đấu. Họ đánh bại Norose, phá hủy cái máy thì mới biết rằng đó chỉ là mẫu đầu tiên và không phải Noah II thực sự, còn Norose họ thắng chỉ là ảo tưởng do cái máy tạo ra.

Takumi biết được rằng cậu là một bản sao nhân tạo ảo tưởng, với kí ức chắp vá, tạo ra bởi Shogun – Takumi thực sự. Em gái cậu là Nanami đang bị giam giữ ở chỗ Noah II thật, nơi cô bị ép thức tỉnh sức mạnh gigalomaniac và có được Di-Sword. Rimi – cũng là một gigalomaniac – tìm cách cứu Nanami, nhưng bị Norose bắt giữ thế chỗ. Shogun gặp Takumi, nói rằng anh đã tìm cách ngăn Nozomi thống trị nhân loại bằng Noah II, nhưng cơ thể – lão hóa do bệnh tật và dùng sức mạnh gigalomaniac quá mức – đã cản trở anh. Shogun, do đó, tạo ra Takumi để thay anh thực hiện công việc mặc dù anh không được hoàn thiện cho lắm. Takumi lấy được Di-Sword, phá hủy máy truyền phát, phát hiện ra rằng cô y tá Hazuki là một kẻ giết người New Gen (đồng thời cũng chính là người bạn online Grim) trong quá trình đọc ý ức và phát chúng lên màn hình các tòa nhà. Một vụ động đất xảy ra, phá hủy hầu hết Shibuya; Takumi cứu những gigalomaniac khác, tiếp tục con đường đến chỗ Noah II. Cậu thách đấu với Norose, nhưng Noah II kích hoạt chế độ tự vệ, lấn át Takumi bằng ảo tưởng; cậu tái xác định sự tồn tại của mình, giết Norose đồng thời phá hủy Noah II. Nằm trên đống đổ nát của Shibuya, tùy theo lựa chọn của người chơi, Takumi có thể chết theo Shogun, hoặc sống để ở bên Rimi.

Ở kết thúc thật sự được tạo ra sau khi người chơi kích hoạt đủ ảo giác có chứa câu nói ''Đôi mắt này là của ai?'', Takumi, Sena, Kozue vẫn đi xuống phòng nghiên cứu dưới lòng đất nhưng những gì xảy ra sau đó thật sự là bi kịch. Sena đã giết chết chính cha của mình trong cơn ảo giác, Takumi phá hủy thành công cỗ máy. Một phân cảnh tiếp theo là thời điểm khoảng 2 tháng sau biến cố, khi mà Takumi có vẻ như đang tận hưởng quãng thời gian thật sự hạnh phúc của đời học sinh cùng với em gái và những người bạn của mình. Trong lúc cậu vẫn đang vui vẻ sánh bước bên Rimi thì viễn cảnh hạnh phúc trước mắt cậu bỗng xa dần rồi biến mất, thay vào đó là hiện thực phũ phàng rằng cậu đã bị lợi dụng để trích xuất dữ liệu khỏi cơ thể và những gì cậu nhìn thấy trong suốt thời gian qua tất cả chỉ là ảo giác dễ chịu. Takumi nằm trên đống đổ nát của Shibuya, nơi mà sau đó Rimi ôm cậu và khóc trước khi cậu tan biến vào hư vô.