プロローグ
秋葉原を拠点とする総勢3人の小さな発明サークル「未来ガジェット研究所」のリーダーである厨二病の大学生 岡部倫太郎は、研究所のメンバー（ラボメン）である橋田至や幼馴染でもある椎名まゆりと共に、日々ヘンテコな発明を繰り返していた。
2010年7月28日、岡部は椎名と共に向かった講義会場で、わずか17歳の天才少女、牧瀬紅莉栖と出会う。ところが、ラジ館の8階奥で、血溜まりの中に倒れている紅莉栖を目撃した岡部は、そのことを橋田へ携帯メールで報告する。その直後、眩暈に襲われた岡部が我に返ると、ラジ館屋上には人工衛星らしきものが墜落しており、周辺は警察によって封鎖されていた。先ほど送信したはずのメールは、なぜか1週間前の日付で受信されており、周囲が話すここ最近の出来事と岡部の記憶の間には、齟齬が起こっていた。
タイムマシンの発明
橋田や紅莉栖の検証の結果、発明品である「電話レンジ（仮）」が、携帯メールを過去へと送るタイムマシンとしての機能を備えていたことが判明する。「Dメール」を過去に送信するたびに、「世界線の移動」と呼ばれる現象が発生して、メールのメッセージ内容に影響を受けた人々の過去が改変されるが、なぜか岡部の記憶だけはそのままであった。
岡部たちは電話レンジの改良を進めながら、ラボメン達を実験台にして試行錯誤を繰り返す。Dメール実験の対象者はそれぞれに変えたい過去を隠し持っており、それを修正しようと事実上の過去改変が次々に行われる。しかし、これらの改変は一見ささいな物でも、バタフライ効果の影響で予想外に大規模な影響を周囲にもたらすのだ。
さらに、橋田と紅莉栖は電話レンジの機能を拡張して、SERNのLHC（大型ハドロン衝突型加速器）への接続を行うことにより、人の記憶を過去の自分に届けるタイムリープマシンを完成させる。これが原因で、岡部らはタイムマシンの秘密を狙う本物の秘密組織に、命を狙われることになる。
過去改変による惨劇の回避
仲間たちの願いが反映された現在の世界線(α世界線)の先には、絶望的な未来が待ち構えており、それがラボメンの一人の命運にも関わっていて、何度やり直しても、その残酷な結末を変える試みは「世界線の収束」により阻まれてしまう。この結末を変えるためには、世界線を大きく変えて「世界線変動率1%台のβ世界線」を目指さねばならないが、そのためには全ての過去改変をキャンセルしなければならなかった。
やがて岡部は、β世界線へ移動すればまた別の惨劇が起こることを知る。つまり、αでもβでも大切な仲間の一人に悲劇の手が伸びるが、そのどちらかを選択しなければならないのだ。そんな岡部を、紅莉栖は進むべき道へと後押しし、自らが犠牲になることを決断する。
紅莉栖のいない世界で絶望する岡部は、思わぬ形で与えられた「本当の未来技術」を用いて、仲間や世界の命運のためにもう一度立ち上がることを決意する。「過去の岡部が観測し確定した事実は変えられない」という制約条件のもとで、時空間的に絡み合った謎を解きほぐし、全ての仲間たちを救い、SERNの陰謀を防ぐ方法はあるのか？