Anime được thực hiện theo bản visual novel phát triển bởi 5bp và Nitroplus, Chaos;Head là một câu chuyện về một kẻ giết người(ảo giác) kì bí, mang những nhân tố mạnh như máu đông,xung đột tâm lý và giả tưởng. Game sử dụng một nét đặc trưng gọi là "delusional trigger", thứ cho phép người chơi điều chỉnh realness với surrealness thông qua perspective của nhân vật chính ,thứ tác động trực tiếp vào cốt truyện.
Vào thời chiến quốc Nhật Bản, đôi chị em Towa và Setsuna bị chia cắt bởi một cuộc cháy rừng. Trong lúc tìm em gái, Towa bị vô tình du hành tới thế giới hiện đại nơi cô được gia đình của Kagome nuôi dạy.
26 năm trước, ở một phòng học năm ba của một trường trung học, có tồn tại một học sinh mang tên Misaki. Với tư cách là một học sinh danh dự, vừa giỏi thể thao lại rất xinh xắn nên rất được bạn bè trong lớp mến mộ. Thế rồi sau cái chết bất ngờ của cô gái xấu số, bạn bè trong lớp quyết định cứ vờ như thể cô ấy vẫn còn hiện diện trong lớp cho đến tận lễ tốt nghiệp. Vào mùa xuân năm 1998, có một cậu bé tên là Sakakibara Kouichi được chuyển qua học đúng phòng học đó, cậu bé bắt đầu cảm thấy nghi ngờ
Nhân viên cửa hàng sách nhút nhát Kosuke Mikado có khả năng nhìn thấy ma và linh hồn, một khả năng mà anh ta ước gì anh ta không có, vì những gì anh ta nhìn thấy thường khiến anh ta kinh hãi. Rihito Hiyakawa, một nhà trừ tà có sức mạnh siêu nhiên cũng như sức mạnh xã hội của anh ta yếu đi, dường như không sợ bất cứ điều gì, dù là sinh tử hay khác
Riku Tachibana, một cậu bé sống cùng ông nội từ nhỏ. Hàng ngày, ông nội cậu thường có những cử chỉ bằng cánh tay rất lạ lùng. Một ngày nọ Riku nhận ra rằng đó là những chiêu thức mà ông đã âm thầm chỉ dạy cho cậu. Điều này làm thay đổi cuộc sống của cậu và mọi rắc rối bắt đầu.