Em 2015, a Organização de Segurança da Caldéia recorre a especialistas dos campos mágico e mundano para observar o futuro da humanidade para possíveis eventos de extinção. A sobrevivência da Humanidade'parece garantida para o próximo século—até que o veredicto mude repentinamente, e agora a erradicação da espécie aguarda o final de 2016. A causa é desconhecida, mas parece estar ligada à cidade japonesa de Fuyuki e aos acontecimentos de 2004 durante a Quinta Guerra do Santo Graal.
Em resposta, a Caldéia aproveita um meio experimental de viagem no tempo, a tecnologia Rayshift. Com ela, Ritsuka Fujimaru, um jovem recém recrutado para a organização, e a misteriosa garota Mash Kyrielight, podem viajar de volta a 2004 e descobrir como salvar a humanidade. Uma grande ordem para combater o destino foi declarada—uma ordem para mudar o passado e restaurar o futuro.
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