Film, anime serisinden bir yıl sonrasını anlatıyor. D-Mail'in keşfiyle, geçmişe gönderilebilen mesajlar sayesinde, çeşitli "Dünya Çizgilerinde" yaptığı yolculuklar sonucu, Rintarou Okabe; arkadaşlarının ölmediği, geleceğin SERN tarafından yön bulduğu için zaman makinesinin hiç icat edilmediği "Steins Gate" çizgisine ulaştığını düşünmektedir. Fakat, Rintarou yaptığı yolculukların etkisini hissetmeye başlar ve bunun sonucu tarihten yok olur. Büyük bir zorluklarla kurtardığı Kurisu Makise dışında kendisini hiç kimse hatırlamamaktadır. Şimdi Rintarou'yu geri getirmek Kurisu'nun görevidir.