Einige Monate nach den dramatischen Ereignissen in Akihabara werden Okabe und die übrigen Labormitglieder in die USA eingeladen. Kaum am Flughafen in Los Angeles angekommen, gerät Okabe erneut in eine brenzlige Situation, die die Welt ins Chaos zu stürzen droht.
Der Film spielt ein Jahr nach den Geschehnissen der Serie. Okabe Rintarou ist durch mehrere Zeitlinien gereist und endlich in der Weltlinie Steins;Gate gelandet. In dieser muss keiner seiner Freunde sterben, da die Zukunft nicht durch eine Zeitmaschine bestimmt wird. Jedoch spürt Rintarou immer wieder Nebenwirkungen von seinen Zeitreisen. Ohne weitere Vorwarnungen verschwindet er plötzlich und es scheint, als hätte er niemals existiert. Nun liegt es an Kurisu Makise, die sich aufgrund eines Déjà Vus an ihn erinnert, einen Weg zu finden, ihn wieder zurückzubekommen.
"Steins;Gate: Missing Link der Grenzfläche" präsentiert eine alternative 23. Episode, die Okabes Charakter entscheidend in eine andere Richtung als im Original entwickelt.