Tras alcanzar la línea temporal donde vio morir a Kurisu con tal de evitar la muerte de Mayuri, Okabe recibe la visita de John Titor, el cual viene de un futuro en el cual ha tenido lugar la tercera guerra mundial y la gran mayoría de la población había muerto. John Titor necesita que Okabe viaje en su máquina del tiempo para evitar la muerte de Kurisu y destruir el documento donde Kurisu explicaba su teoría sobre viajes en el tiempo, ya que la principal causa de la tercera guerra mundial será una carrera por conseguir el control sobre los viajes en el tiempo. Okabe falla estrepitosamente la primera vez y Kurisu muere desangrada entre sus brazos. Okabe se niega a intentar de nuevo salvar a Kurisu y la experiencia traumática le ha provocado trastorno de estrés postraumático.
Seis meses después del incidente, Okabe intenta acercarse al doctor Leskinen, jefe del laboratorio de neurociencia donde investigaba Kurisu, con tal de entrar en la misma universidad que ella. Aprovechará un seminario que Leskinen dará sobre la digitalización de los recuerdos para acercarse a él. Allí conocerá a su asistente, Maho, una estadounidense de ascendencia japonesa de 21 años que era cercana a Kurisu, pero que no puede evitar sentir celos del talento de Kurisu. Leskinen se interesará por Okabe al ser éste amigo de Kurisu y le propone participar en el proyecto Amadeus. Este proyecto consiste en el desarrollo de una inteligencia artificial a partir de los recuerdos de Kurisu. Cuando Okabe se encuentra con la Kurisu virtual, siente que es indistinguible de la Kurisu real. Leskinen pide a Okabe que hable habitualmente con Kurisu para comprobar los efectos de que la IA interactúe con un amigo cercano, por lo que le dará acceso a Kurisu desde una aplicación de teléfono móvil.
Okabe evita ir al laboratorio porque allí está ahora viviendo John Titor, quien no deja de insistirle para que se suba a la máquina del tiempo y vuelva a intentar salvar a Kurisu. Okabe tiene flashbacks de la muerte de Kurisu y está tomando medicación contra la ansiedad. Ha dejado de comportarse como Hououin Kyouma y está tratando de llevar la vida de un estudiante universitario normal, aunque con poco éxito. A Mayuri le entristece verlo así, pero tiene la esperanza de que Hououin Kyouma regresará, renacido como el fénix.
Maho veía a Kurisu como alguien cuyo talento la eclipsaba y no podía evitar verse reflejada en la representación de Salieri en la película de Amadeus, donde el compositor sentía una gran envidia del genio de Mozart. Maho recibe las pertenencias de Kurisu de parte de su madre y entre ellas estaban un ordenador portátil y un disco duro externo con un gran nivel de encriptación. Maho intentará acceder a los datos que contienen pero, cuando Okabe se entera, le insta a que los destruya, ya que en su interior está la teoría de viajes en el tiempo de Kurisu, algo que es capaz de provocar la tercera guerra mundial, habiéndose movilizado distintas fuerzas militares para hacerse con ella, aunque el descubrimiento del último trabajo de Kurisu haría que Maho intentara construir ella misma una máquina del tiempo.
Esta novela visual se divide en varias rutas y la acción que decide por cual ruta la historia avanzará es si en ciertos puntos eliges contestar o no a la llamada que te hace la inteligencia artificial de Kurisu. Aunque a primera vista esta acción no parezca estar relacionada con su efecto en la historia, se acabará insinuando que Kurisu está relacionada con los cambios en la línea temporal que experimenta Okabe. En el primer punto donde la novela tiene una bifurcación cada opción llevará a una de las dos rutas principales, las cuales son muy distintas entre sí. En esta ocasión para no contestar a la llamada no bastará con ignorarla, sino que tendrás que sacar el teléfono cuando Okabe piense en apagarlo y presionar la opción de apagado. Hay un total de seis finales, siendo uno de ellos el verdadero. Para desbloquearlo deberás primero alcanzar el final de una de las dos rutas principales donde Okabe aprende que el mundo puede ser engañado y envía esa información al pasado. Una vez hecho esto deberás alcanzar el final en la otra ruta principal donde Okabe regresa a ser el gran científico loco Hououin Kyouma, frustra los planes de las fuerzas que estaban detrás de la máquina del tiempo y se ríe y burla en su cara. Es entonces cuando presenciarás el verdadero final, donde Okabe ha planeado la operación Skuld y la pone en marcha para alcanzar la línea temporal Steins Gate.
Este juego tiene textos en inglés y voces en japonés.
