Steins;Gate là phim anime chuyển thể từ trò chơi điện tử cùng tên. Bộ phim lấy bối cảnh vào năm 2010 tại Akihabara, Tokyo với nhân vật chính là Okabe Rintaro. Anh tự nhận mình là "nhà bác học điên" và thành lập nhóm "Future Gadget Laboratory" trong một căn hộ với bạn của mình là Shiina Mayuri và Hashida "Daru" Itaru. Trong lúc tham dự một hội nghị về du hành thời gian, Okabe phát hiện ra thi thể của Makise Kurisu vốn là nghiên cứu sinh ngành thần kinh học. Anh gửi tin nhắn về sự việc này đến Daru và khi quay lại thì phát hiện ra Kurisu vẫn còn sống, cùng với việc tin nhắn của anh tới trước cả khi nó được gửi đi. Các thành viên trong nhóm phát hiện ra rằng chiếc lò vi sóng điều khiển bằng điện thoại di động mà họ đang phát triển có khả năng gửi tin nhắn về quá khứ. Kurisu gia nhập nhóm ngay sau đó và họ cùng nhau nghiên cứu nó. Họ thử gửi những tin nhắn được gọi là "D-mail" về quá khứ để thay đổi hiện tại. Kurisu cuối cùng cũng phát minh ra thiết bị có thể truyền ký ức của một người về quá khứ thông qua chiếc lò vi sóng. Qua đó người sử dụng thiết bị này có thể du hành thời gian.

SERN (lấy cảm hứng từ CERN) là một tổ chức bí mật cũng nghiên cứu du hành thời gian. Họ biết về sự tồn tại của cỗ máy và cử một đội tới chiếm đoạt nó, đồng thời giết chết luôn Mayuri trong lúc thực hiện nhiệm vụ. Okabe trở về quá khứ vô số lần để ngăn Mayuri chết nhưng đều thất bại. Anh nhận ra rằng việc mình phải làm là đảo ngược kết quả của những D-mail đã gửi. Tuy nhiên, đến D-mail cuối cùng thì anh mới phát hiện ra là nếu anh làm như vậy thì anh sẽ trở về dòng thời gian mà tại đó xác của Kurisu được tìm thấy. Okabe và Kurisu thổ lộ tình cảm mà họ dành cho nhau, sau đó Kurisu bảo Okabe hãy cứu lấy Mayuri. Daru hack vào kho dữ liệu của SERN, xóa dấu vết về bức D-mail đầu tiên để đưa Okabe trở về dòng thời gian ban đầu.

Amane Suzuha nhận ra mình là con gái đến từ tương lai của Daru. Cô trở về bằng cỗ máy thời gian và bảo với Okabe rằng cách duy nhất để ngăn chặn cuộc chạy đua du hành thời gian dẫn tới Thế Chiến III là ngăn cha của Kurisu giết chết chính con gái mình và cướp lý thuyết về du hành thời gian của cô. Suzuha và Okabe trở về quá khứ nhưng Okabe lại vô tình chính là người hại chết Kurisu. Okabe trở về hiện tại để có thể xem được tin nhắn do chính mình gửi từ tương lai. Tương lai của anh bảo với anh rằng để có thể thoát khỏi dòng thời gian này, anh vừa phải cứu Kurisu nhưng phải sắp đặt sao cho bản thân anh của quá khứ có thể chứng kiến cái chết của Kurisu. Okabe quay về quá khứ lần nữa và khiêu khích Nakabachi đâm vào anh, đánh cho Kurisu bất tỉnh và để cô nằm trên vũng máu của anh để đánh lừa chính bản thân trong quá khứ. Qua đó, anh đã tạo ra dòng thời gian mà Kurisu còn sống và Thế chiến III không xảy ra.