Yukiteru Amano (天野雪輝) è un quattordicenne timido e solitario che osserva la vita e annota gli eventi sul suo cellulare. I suoi unici amici sono Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), il Dio dello spazio e del tempo, e il suo assistente Muru Muru (ムルムル). Deus trasforma il telefono di Yukiteru in un Diario del futuro, capace di prevedere il futuro fino a novanta giorni. Yukiteru scopre che lui e altri undici fanno parte di un gioco di sopravvivenza orchestrato da Deus. Lo scopo di questo gioco è quello di eliminare gli altri possessori del diario, il vincitore succederà a Deus come dio e impedirà l’Apocalisse. Yukiteru si ritrova protetto da Yuno Gasai (我妻由乃), un’affascinante ma psicopatica compagna di classe che lo perseguita ossessivamente dopo che un anno prima si erano promessi di andare a guardare le stelle insieme.
Due importanti attori che incontrano sono la terrorista Minene Uryu, che vuole distruggere ogni religione dopo che i suoi genitori sono morti in una guerra alimentata dalla fede; e Keigo Kurusu, un ufficiale di polizia che vuole porre fine al gioco. Più tardi, Kurusu tradisce Yukiteru e Yuno quando scopre che suo figlio, costretto a letto, soffre di una malattia terminale. Assassina il titolare del diario Karyuudo Tsukishima e incastra Yukiteru e Yuno. Minene si rivolge al detective Masumi Nishijima, smascherando il crimine di Kurusu. Nella sua vergogna, Kurusu si elimina dal gioco.
John Bacchus, il sindaco della città e designer dei Diari del futuro, cerca di manipolare il padre di Yukiteru, Kurou, pieno di debiti, per rubare il diario del figlio. Kurou fallisce, uccidendo involontariamente la sua ex moglie Rea, e viene poi assassinato dagli uomini di Bacco. Yukiteru giura di vincere il gioco e resuscitare i suoi genitori. Lui e Yuno prendono di mira i restanti detentori del diario, Minene, Bacchus e Kamado Ueshita che gestisce un orfanotrofio. Nel frattempo, l’astuto amico di Yukiteru, Aru Akise, e Nishijima indagano sulla scoperta di tre cadaveri nella casa di Yuno, due dei quali sono i suoi genitori, e il terzo identificato come Yuno Gasai, mettendo in discussione la sua identità.
Il diario di Kamado, che può dare ad altri diari sostitutivi, è collegato ad un supercomputer, dando a tutti nella città Diari Futuri come parte del piano di Bacchus per aiutare l’umanità ad evolversi. Yukiteru e Yuno, Minene, Nishijima e gli amici di Yukiteru assaltano il quartier generale di Bacco. Egli si chiude in un caveau di una banca di proprietà dei genitori di Yuno, le sue impronte digitali sono l’unico modo per accedervi. Minene si sacrifica per distruggere il caveau ma non ci riesce, solo perché Aru assiste all’accesso di Yuno al caveau e all’uccisione di Bacchus. Volendo risposte, Aru affronta Deus che rivela che il ragazzo è un umano artificiale progettato per osservare il gioco e mantenerlo in equilibrio, ma conferma che c’è una cospirazione intorno a Yuno.
Yukiteru uccide i suoi amici e poi Kamado. Aru combatte Yuno, distruggendo il suo diario, ma scopre che ne ha uno di riserva. Rendendosi conto della verità, Aru mostra un testo a Yukiteru prima che Yuno lo decapiti. Mentre i giorni dell’Apocalisse si avvicinano, Yukiteru e Yuno consumano la loro relazione. Tuttavia, Yukiteru rivela il suggerimento di Aru che Yuno proviene da un’altra linea temporale e lei gli si rivolta immediatamente contro. Muru Muru, la vera mente dietro lo svolgimento del gioco, conferma la teoria di Aru. Yukiteru è morto e Yuno ha vinto il gioco in un’altra linea temporale, ma ha scoperto che nemmeno il potere di un dio può riportare indietro i morti. Nel suo dolore, Yuno tornò indietro nel tempo, creando una linea temporale alternativa, uccidendo e sostituendo l’altra se stessa.
Yuno e Muru Muru tornano di nuovo indietro nel tempo, creando un terzo mondo, inseguiti da Yukiteru e Minene, tenuti in vita da Deus come jolly e impregnati di una parte del suo potere. Entrambe le parti combattono per proteggere o uccidere Yuno e i suoi genitori del terzo mondo. Yuno, incapace di uccidere Yukiteru, lo intrappola in un mondo di sogno dove lei non esiste, e poi attacca il suo sé alternativo. Yukiteru si ricorda di Yuno, scappando dalla sua prigione aiutato da Muru Muru del secondo mondo, e ferma Yuno. Sebbene Yukiteru chieda a Yuno di ucciderlo per poter vivere, lei invece si elimina e muore tra le sue braccia. Yukiteru diventa dio e viene trascinato nel secondo mondo da Muru Muru.
Decimila anni dopo, un compianto Yukiteru non ha fatto nulla con i suoi poteri divini. È riuscito a tagliare tutte le influenze che il primo e il secondo mondo avevano con il terzo e impedisce al deus del terzo mondo di morire. Yukiteru guarda il suo diario, piangendo che non vedrà mai più la Yuno del primo mondo, l’unica che amerà. Tuttavia, le pareti interdimensionali vengono abbattute dalla Yuno del terzo mondo, che possiede i ricordi del primo mondo per gentile concessione di un Muru Muru espiatorio. Yukiteru e Yuno si riuniscono come divinità del secondo mondo ed eterni amanti.