"Eu fui até o Laboratório Magata" Sohei Saikawa, professor assistente da Universidade de Nagono, fica surpreso quando sua aluna Moe Nishinozono diz que irá entrevistar a genial programadora Shiki Magata. Ao ver sua reação, Moe faz uma proposta.

Saikawa e Moe chegam à ilha Himaka, onde está situado o Laboratório Magata, para um seminário. Enquanto os alunos estão aproveitando a noite no acampamento, Moe e Saikawa visitam o laboratório. Yamane, vice-diretor do laboratório, diz que perdeu contato com Shiki e decide abrir a porta do quarto de Shiki para verificar sua segurança. Essa porta jamais havia sido aberta nos últimos 15 anos.

Todos estão estarrecidos com o corpo que apareceu no quarto de Shiki. Eles tentam descobrir o que aconteceu, mas o mistério só se intensifica ao perceber que o crime aconteceu num quarto completamente trancado. Enquanto isso, Seiji Shindou, diretor do laboratório e tio de Shiki, volta com Mirai, irmã mais nova da programadora.

Um segundo assassinato acontece. O diretor Shindou é encontrado morto e o laboratório entra em caos. Com o intuito de encontrar o culpado por trás dos dois incidentes, Saikawa, Moe e os demais começam uma busca pelo quarto de Shiki. Eles econtram lá um robô chamado Michiru e uma mensagem que diz: "Tudo se transformará em F."

Durante sua investigação sobre a morte de Shindou, Saikawa e Moe ouvem da esposa do diretor, Yumiko, os detalhes do assassinato dos pais de Shiki, 15 anos antes e sobre a múltiplas personalidades da programadora. Eles tentam rastrear os pensamentos de Shiki em busca de pistas. Neste processo, Moe acaba tendo de lidar com seu próprio passado.

Saikawa e Moe voltam ao acampamento após desistirem da investigação, mas não conseguem parar de tentar desvendar a verdade. Os dois retornam ao laboratório para continuar a investigação e descobrem um misterioso código no quarto de Shiki.

Ao questionar Mirai, irmã de Shiki, Saikawa descobre que o jeito peculiar dela de pensar não mudou desde sua infância. Enquanto isso, Moe testa um dispositivo virtual que permite que ela crie imagesns mentais guiada por Shimada, um membro da equipe do laboratório. Em meio a isso, uma pergunta feita por uma voz misteriosa os força a a revirar um passado que estava selado.

Moe recorda, graças ao espaço virtual, que Saikawa esteve com ela quando perdeu os pais, aumentando sua gratidão por ele. Enquanto isso, Yamane reinicia o sistema principal do laboratório, ainda instável após o desaparecimento do corpo de Shiki. Uma queda de energia mergulha o local na escuridão, e Saikawa aproveita o momento para encontrar uma nova pista crucial no caso.

Mesmo com o sistema do laboratório restaurado e a chegada da polícia à ilha, a investigação continua inconclusiva. Saikawa usa sua capacidade lógica e analítica e Moe sua habilidade de computação para juntos se aproximarem da verdade. Finalmente Saikawa encontra uma prova que questiona a premissa de que o quarto de Shiki estava completamente trancado e enfranta o culpado.

A verdade do incidente é revelada: Foi "outra Shiki" que estava no quarto quem assassinou Shiki. Saikawa e Moe enfrentam a criminosa no espaço virtual. Os dois desvendam o truque por trás do incidente e no processo descobrem mais sobre a vida de Shiki Magata.

Tempos após o incidente no Laboratório Magata, todos estão de volta a suas vidas cotidianas. Certo dia, Shiki visita Saikawa na biblioteca da universidade. Após esse encontro Saikawa vai até Moe, com quem não conversava há muito tempo. Shiki, por outro lado...