Yukiteru Amano (天野雪輝) on 14-vuotias, ujo ja haaveileva erakko, joka tarkkailee elämää ja kirjaa tapahtumat ylös kännykkäänsä. Hänen ainoat ystävänsä ovat Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), avaruuden ja ajan jumala, ja hänen avustajansa Muru Muru (ムルムムル). Deus muuttaa Yukiterun puhelimen Tulevaisuuden päiväkirjaksi, joka pystyy ennustamaan tulevaisuutta jopa yhdeksänkymmenen päivän päähän. Yukiteru saa selville, että hän ja yksitoista muuta ovat osa Deuksen järjestämää selviytymispeliä. Pelin tavoitteena on eliminoida muut päiväkirjan haltijat, jotta voittaja saisi Deuksen seuraajan jumalana ja voisi estää maailmanlopun. Yukiteru löytää itsensä suojelluksi Yuno Gasain (我妻由乃), viehättävän mutta psykopaattisen luokkatoverin, joka vainoaa häntä pakkomielteisesti sen jälkeen, kun he olivat luvanneet mennä yhdessä tähtiharrastukseen vuotta aiemmin.
Kaksi tärkeintä pelaajaa, jotka he kohtaavat, ovat terroristi Minene Uryu, joka haluaa tuhota kaiken uskonnon sen jälkeen, kun hänen vanhempansa saivat surmansa uskon lietsomassa sodassa, ja Keigo Kurusu, poliisi, joka haluaa lopettaa tämän pelin. Myöhemmin Kurusu pettää Yukiterun ja Yunon, kun hän saa selville, että hänen vuodepotilaana oleva poikansa kärsii kuolemansairaudesta. Hän murhaa päiväkirjan pitäjän Karyuudo Tsukishiman ja lavastaa Yukiterun ja Yunon syyllisiksi. Minene kääntyy etsivä Masumi Nishijiman puoleen ja paljastaa Kurusun rikoksen. Häpeissään Kurusu eliminoi itsensä pelistä.
John Bacchus, kaupungin pormestari ja Tulevaisuuden päiväkirjojen suunnittelija, yrittää manipuloida Yukiterun velkaantunutta isää Kuroua varastamaan poikansa päiväkirjan. Kurou epäonnistuu ja murhaa tahattomasti entisen vaimonsa Rean, minkä jälkeen Bacchuksen miehet murhaavat hänet. Yukiteru vannoo voittavansa pelin ja herättävänsä vanhempansa henkiin. Hän ja Yuno ottavat kohteekseen loput päiväkirjan haltijat, Minenen, Bacchuksen ja Kamado Ueshitan, joka johtaa orpokotia. Samaan aikaan Yukiterun nokkela ystävä Aru Akise ja Nishijima tutkivat Yunon talosta löytynyttä kolmea ruumista, joista kaksi on Yunon vanhempia ja kolmas on tunnistettu Yuno Gasaiksi, mikä asettaa Yunon henkilöllisyyden kyseenalaiseksi.
Kamadon päiväkirja, joka voi antaa toisille korvaavia päiväkirjoja, on kytketty supertietokoneeseen, joka antaa jokaiselle kaupungissa asuvalle Tulevaisuuden päiväkirjat osana Bacchuksen suunnitelmaa, jonka tarkoituksena on auttaa ihmiskunnan kehittymistä. Yukiteru ja Yuno, Minene, Nishijima ja Yukiterun ystävät hyökkäävät Bacchuksen päämajaan. Hän sulkeutuu Yunon vanhempien omistamaan pankkiholviin, jonne pääsee vain Yunon sormenjäljillä. Minene uhrautuu tuhoamaan holvin, mutta epäonnistuu, ja Aru näkee, kuinka Yuno pääsee holviin ja tappaa Bacchuksen. Halutessaan vastauksia Aru kohtaa Deuksen, joka paljastaa, että poika on keinotekoinen ihminen, joka on suunniteltu tarkkailemaan peliä ja pitämään se tasapainossa, mutta vahvistaa, että Yunon ympärillä on salaliitto.
Yukiteru murhaa ensin ystävänsä ja sitten Kamadon. Aru taistelee Yunoa vastaan ja tuhoaa hänen päiväkirjansa, mutta huomaa, että hänellä on varapäiväkirja. Tajutessaan totuuden Aru näyttää tekstin Yukiterulle ennen kuin Yuno mestaa hänet. Kun maailmanlopun päivät lähestyvät, Yukiteru ja Yuno viimeistelevät suhteensa. Yukiteru kuitenkin paljastaa Arun vihjauksen, jonka mukaan Yuno on peräisin toisesta aikajanasta, ja Yuno kääntyy välittömästi Arua vastaan. Muru Muru, pelin kulun todellinen suunnannäyttäjä, vahvistaa Arun teorian. Yukiteru kuoli ja Yuno voitti pelin toisella aikajanalla, mutta huomasi, ettei edes jumalan voima voi tuoda kuolleita takaisin. Surussaan Yuno palasi ajassa taaksepäin ja loi vaihtoehtoisen aikajanan, murhasi ja korvasi toisen minänsä.
Yuno ja Muru Muru palasivat ajassa takaisin ja loivat kolmannen maailman, jota Yukiteru ja Minene ajavat takaa ja jota Deus pitää elossa jokerikorttina ja johon on istutettu osa hänen voimastaan. Molemmat osapuolet taistelevat suojellakseen tai tappaakseen kolmannen maailman Yunon ja hänen vanhempansa. Yuno, joka ei pysty tappamaan Yukiterua, vangitsee hänet unimaailmaan, jossa häntä ei ole olemassa, ja hyökkää sitten vaihtoehtoisen minänsä kimppuun. Yukiteru muistaa Yunon, pakenee vankilastaan toisen maailman Muru Murun avustamana ja pysäyttää Yunon. Vaikka Yukiteru pyytää Yunoa tappamaan hänet, jotta hän voisi elää, Yuno sen sijaan eliminoi itsensä ja kuolee Yunon syliin. Yukiterusta tulee jumala ja Muru Muru raahaa hänet toiseen maailmaan.
Kymmenentuhatta vuotta myöhemmin surullinen Yukiteru ei ole tehnyt mitään jumalallisilla voimillaan. Hän onnistui katkaisemaan kaikki ensimmäisen ja toisen maailman vaikutteet kolmanteen maailmaan ja estää kolmannen maailman deuksen kuoleman. Yukiteru tuijottaa päiväkirjaansa ja suree sitä, ettei hän enää koskaan näe ensimmäisen maailman Yunoa, ainoaa ihmistä, jota hän tulee koskaan rakastamaan. Kolmannen maailman Yuno murtaa kuitenkin ulottuvuuksien väliset muurit, ja hänellä on hallussaan ensimmäisen maailman muistot sovittavan Muru Murun ansiosta. Yukiteru ja Yuno yhdistyvät jälleen toisen maailman jumalina ja ikuisina rakastavaisina.