Akcja Steins;Gate dzieje się rok po wydarzeniach z Chaos;Head, ale fabularnie serie nie mają ze sobą praktycznie nic wspólnego.
Głównym bohaterem jest młody wynalazca Okabe Rintarou, który przerobił swoje mieszkanie na amatorskie laboratorium. Wraz z Darou, świetnie znającym się na komputerach i słodką Mayushi, pełniącą głównie rolę maskotki, projektują tam mniej lub bardziej użyteczne gadżety. Akcja anime rozpoczyna się, gdy Okabe kończy pracę nad swoim najnowszym wynalazkiem Futurystycznym Gadżetem nr 8. Niestety okazuje się, iż wynalazek wciąż nie działa tak, jak powinien, i eksperyment z jego użyciem nie przynosi spodziewanych efektów. Przypadek sprawia jednak, że poprzez Futurystyczny Gadżet Okabe wysyła w przeszłość SMS zmieniając w ten sposób strukturę rzeczywistości i zapobiegając śmierci pewnej osoby. Dalsze badania nad wynalazkiem przynoszą niespodziewane rezultaty, drużyna powiększa się, a na trop naszych bohaterów wpada niebezpieczna, światowa organizacja badawcza SERN.
Na przestrzeni dwudziestu czterech epizodów fabuła rozwija się bardzo dynamicznie i wielokrotnie zawraca o sto osiemdziesiąt stopni. Seria jest arcyciekawa i cały czas trzyma w napięciu. Większość odcinków pozostawia widza wpatrującego się w ekran z wytrzeszczem i otwartą buzią. Ponadto, linia fabularna zbudowana jest na faktach, dotyczących wielu pogłosek i incydentów związanych z podróżami w czasie. Podczas seansu pewnie niejedna osoba otworzy Wikipedię polecam, przyda się wielokrotnie.