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在地球爆发“纳米危机”大部分生态被摧毁后，98%的人类舍弃肉身，将自己人格数据化迁往部署在地月系L1点的太空站“迪瓦（Deva）”的虚拟数据空间中生活。公元2400年一股名为“弗隆提亚·赛格（Frontier Setter）”的力量不断骇入“迪瓦”，并广播寻求自愿参加宇宙移民的成员，“迪瓦”高层认为来源是来自地球地面上，所以派遣特工“安吉拉·巴尔扎克（Angela Balzac）”使用重新生成的肉体素体（Material Body）返回地面。和地面协助人员“丁格（Dingo）”寻找并摧毁其。安吉拉和丁格汇合后，在不断的追寻中发现该力量并非原先所想的简单，并且也改变了对自己所处的世界和地面人的世界的态度……
本作用语
迪瓦（ディーヴァ，Deva）
建立在地月系L1的太空站群内的电脑虚拟世界，由于地球生态被摧毁，98%的人类舍弃肉身将人格数据化后迁往上面生活。高层认为这是人类的乐园，但实际上数据人格所拥有的储存空间依然按照贡献来获得相应份额，如果毫无贡献或者不符合迪瓦准则的人格会被终止并压缩封存。
实际上和边境重设计划是相辅相成又相互对立的人类生存计划，但迪瓦方面已经放弃边境重设的可能性而安于现状，甚至视对方为威胁。
Genesis Ark号（ジェネシスアーク号，Genesis Ark）
边境重设计划中所建造的用于深空人类探索和殖民的远征太空船，全长1200米，由部署在地月系L3点的机器人群建造，而所需的建造管理系统核心和运行反应堆则在地球上建造并由地球遗留的大功率运输火箭运送后完成组装。
边境重设（フロンティアセッター，Frontier Setter）
实际上弗隆提亚·赛格所执行的真实计划，在纳米危机前人类所设立避免灭绝探索可生存空间的计划之一，与建造迪瓦的计划处于竞争关系，其目标是在太空建立远航船对猎户座旋臂内可能适合人类居住的行星进行探索，然而在大部分人类从地表消失后计划被废弃但负责建造的机器人和管理AI仍然在继续执行原定计划，由于资源不足建造太空船的机器人被迫取消了原本可乘坐上百人的维生系统，使得迪瓦上的数据化人类成为唯一可能搭乘的乘客。由于建造管理系统AI认为迪瓦高层不会抱该计划任何可能性而选择直接入侵向市民征集乘客。最终迪瓦的反对和安吉拉的决定，执行计划的AI决定独自离开完成计划。
Arhan（アーハン，声：安济知佳）
迪瓦给派遣人员的机甲武装，收纳时为球形，展开时为近似人形，拥有各种强力武装，但需要保持和迪瓦的数据连线，断线后被形容为只是废铁。
沙虫（サンドワーム）
于沙漠生息的巨型肉食性多足猛兽，威胁等级为B＋，头部是其弱点，其肉可供食用。
素体（マテリアルボディ，Material Body）
即物质的身体，是为在地上真实世界行动用而以人出生时之基因克隆出的身体。于任务完成后，躯体会收到端粒缩短的命令，此后便可将躯体处置。
纳米危机（ナノハザード）
故事中发生在100多年前导致地球生态摧毁的大灾难。
警卫机器人（セントリーロボット，Sentry Robot）
奈米危机发生前之时代使用的警卫机器人。
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”。
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。