Câu chuyện của Stein Gate diễn ra ở Akihabara, câu chuyện kể về một nhóm bạn cố gắng biến cái lò vi sóng của họ thành một bộ máy gửi được tin nhắn về quá khứ. Trong lúc họ thực hiện các thí nghiệm khác nhau, thì họ bị một tổ chức mang tên là SERN cũng đang nghiên cứu lãnh vực du hành vượt thời gian theo dõi. Khi đó, các nhân vật của chúng ta phải cố gắng trốn thoát khỏi nanh vuốt của tổ chức đó. Thế rồi câu chuyện bắt đầu.
Vào thời Bakumatsu, cũng ngay tại kết thúc sự thống trị Nhật bản của các Tướng quân vào giữa Thế kỷ XIX. Mạc phủ Tokugawa sử dụng Heavens Song để tẩy não người dân bằng các Top Idol của Shinsengumi nhằm quy phục đất nước và các thần dân với nó. Tại Nhật bản, sáng tác hoặc hát một hài hát khác không phải là Heavens Song sẽ được coi là một hành vi phạm tội.
Câu chuyện xoay quanh Saburo, một học sinh trung học đã du hành ngược thời gian trở về thời chiến quốc của Nhật Bản. Cậu buộc phải trở thành Oda Nobunaga, một vị lãnh chúa nổi tiếng, người sẽ thống nhất nước Nhật.
Một ngày, năm thứ hai học sinh trung học Kanade Amamiya đột ngột do thám của thần tượng huyền thoại Haruto Mikami. Ông bây giờ phải đối mặt với cuộc sống của một thần tượng với những người khác trong cùng một cơ quan. Ông là nhằm làm cho CD đầu tay của mình trong Liên hoan Giấc mơ!
Khi tức giận, nữ sinh cấp hai Naoko sẽ biến thành khủng long hung dữ Gauko! Nhờ bạn bè, người ngoài hành tinh... cuộc sống của em đầy rẫy những điều kỳ quặc.