Окабе Ринтаро, так и не сумевший спасти Курису Макисэ, сломлен. Он отказывается от титула Безумного Учёного, забрасывает гаджеты и пытается жить обычной жизнью студента, заглушая боль повседневностью. Но прошлое не отпускает: его преследуют видения, а в университете он случайно встречает профессора Алексис Лескинен, которая работает над революционной технологией искусственного интеллекта — Амадэус. В основе этой системы лежат воспоминания реального человека, и Окабе с ужасом узнаёт в виртуальном помощнике Курису. Точнее, её цифровую копию, созданную на основе её научных трудов и переписки. Он начинает общаться с этим призраком из машины, пытаясь удержать хотя бы иллюзию той, кого потерял. Однако мир не стоит на месте: организация SERN продолжает охоту за технологией путешествий во времени, а на горизонте появляется новая угроза — таинственная группа «Стратеги 3000», которая использует будущие знания для манипуляции настоящим. Окабе вновь оказывается втянут в водоворот интриг, где на кону стоит судьба всего человечества.
Параллельно развивается линия Маёри и Судзухи, которые пытаются вернуть Окабе к жизни, а также таинственная фигура Кагари, девушки, потерявшей память и связанной с прошлым Курису. Окабе предстоит сделать невозможный выбор: смириться с гибелью Курису и принять реальность, где он её предал, или снова рискнуть всем, чтобы исправить ошибку. Но цена за возвращение в мир, где он не стал свидетелем её смерти, может оказаться слишком высокой. Врата Штейна 0 — это история не о героическом спасении, а о принятии потери, о том, как сломленный человек находит в себе силы бороться дальше, даже когда надежды нет. Это мрачное, психологическое путешествие вглубь депрессии и отчаяния, которое постепенно перерастает в отчаянную попытку изменить саму ткань времени, чтобы однажды всё-таки услышать заветное «Эль Псай Конгриу».