本作的故事发生在游戏发售后一年的2010年，背景为现代日本，舞台从涩谷转移至秋叶原。其世界观与前作CHAOS;HEAD共通，但两部作品之间并无直接关系。

故事开始于2010年7月28日，“未来道具研究所”社团的两人，冈部伦太郎和椎名真由理去秋叶原广播会馆参加中钵博士的时间旅行理论发表会，见到了年仅18岁就在《科学》杂志上发表学术论文的天才少女牧濑红莉栖。发表会结束不久后，在会馆8楼深处，冈部发现了身上满是鲜血的红莉栖。惊慌失措的他带着真由理立刻离开会馆，给社团另一成员桥田至发送一条电子邮件告知这一事件。然而发送后的瞬间，冈部愕然发现街道人群消失，广播会馆及周围早已因不明人造卫星坠落缘故被封锁，没有人记得他所经历的事件。

数小时后，冈部和阿至在大学讲习现场再次遇见红莉栖，引发一阵骚乱。对冈部所说的话感到兴趣而至“未来道具研究所”的红莉栖偶然见到了冈部他们进行的实验，一连串研究发现冈部发送的电子邮件在一周前被收到!“未来道具研究所”研制的未来道具8号“电话微波炉(暂名)”竟然具备着将电子邮件发送到过去这一时间机器的功能。此时，冈部他们还不知道，这一发明，和他那封送到过去的电子邮件，已经影响了整个世界的未来……

作品中从架空的事物到实际存在的企业、大学、商品都以真名登场，现实中流传的都市传说、阴谋论、网络语言等话题也有提及。故事的核心由自称为未来人、实际上存在的网络人物约翰·提托所流传的话语、通过主人公的言行和手机进行操纵的游戏系统、网络上流传的“la jodaso stiana(食堂之男)”等为主题的小故事等构成，并借此虚实结合地展开故事。其开始时稍难理解，过半时突然展开。其中多有伏笔，结尾一气呵成。有评论称本作品“通关后还想消除记忆再来一次”。

故事发生在一个以木造房屋与石板路为特色的小镇。来到小镇就读高中的心爱，在寻找预定的寄宿家庭时偶然进入了一间咖啡店“Rabbit House”，遇到娇小的少女智乃以及毛茸茸的安哥拉兔提比，问询之下发现这就是她要寄宿的家庭。心爱的高中规定学生必须在寄宿家庭工作，因此心爱成为了Rabbit House的店员。心爱将智乃视为自己的妹妹一样疼爱。与心爱同在Rabbit House打工的理世出身自军人世家，有军人气质，身边总是带着模型枪。心爱的同学千夜出身自和风咖啡店“甘兔庵”，带有日式气息，喜欢帮新研发的和菓子取名字。心爱一行人在小镇的店家挑选杯子时遇到了优等生纱路，她是理世小一届的学妹，害羞又别扭，不管做什么事情都带有大小姐的气质，却住在破破旧旧的家。以五名少女为中心的日常轻喜剧就此展开。

作品中的小镇参考斯特拉斯堡、科尔马、蒙马特、里屈埃维和埃吉桑等法国城镇。电视动画第一期第8集出现的温泉泳池场景则是参考匈牙利布达佩斯塞切尼温泉浴场。

就读大学的超级索尼子，除了是个学生，也担当游戏角色、写真偶像、平面模特儿以及服务员的工作，还跟富士见铃、绵拔风璃一同组成了三人乐团“第一宇宙速度”，并在其中担任主唱兼吉他手。性格努力、唯一的缺点是优柔寡断的她，却也认真度过属于她的每一天。

在有一次的表演中，因铃和风璃的缺席，索尼子只能独自登上舞台，然而这次的表演成为她人生的转捩点。