Takuya Arima es un joven estudiante cuyo padre, un historiador que ha realizado varias investigaciones, desapareció recientemente. Durante las vacaciones de verano, Takuya recibe un paquete peculiar de su padre desaparecido, junto con una carta que contiene información sobre la existencia de varios mundos paralelos. Al principio, Takuya no lo toma en serio, pero pronto se da cuenta de que posee un dispositivo que le permite viajar a dimensiones alternativas. ¿Está vivo su padre, después de todo? Si es así, ¿dónde está?

Robotic;Notes nos sitúa en el año 2019. La gente lleva siempre encima un tablet equipado con el ?Phondroid OS? al que llaman Pokecon (Pocket Computer). El jugador tomará el papel de Kaito Yashio, un estudiante de tercer año en el instituto y miembro del club de investigación robótica. Pero la robótica no es la única afición de Kaito, puesto que es todo un otaku de los juegos de lucha, lo suficiente como para ser uno de los cinco mejores jugadores de todo Japón. Kaito suele pasar el rato con su compañera y amiga de toda la vida Akiho Senomiya, que también es parte del club de investigación robótica, que curiosamente fue fundado por su hermana mayor. Ella y Kaito son los únicos miembros del mismo.