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Chaos;Head spielt im Jahr 2008 in Shibuya und dreht sich um Takumi Nishijou, einen Schüler der privaten Suimei-Akademie, sowie um einige seltsame Vorfälle, die sich in letzter Zeit in der Gegend von Shibuya ereignet haben. Bislang sind zwei Ereignisse eingetreten, die von den Medien und der Öffentlichkeit als „New Generation“-Vorfälle bezeichnet werden. Der erste Vorfall mit dem Namen „Group Dive“ ereignete sich am 7. September, als fünf Oberschüler von einem hohen Turm in den Tod sprangen. Der zweite Vorfall fand am 19. September statt, als ein Mann tot aufgefunden wurde, in dessen Bauch ein zweiunddreißig Wochen alter Fötus eingeschnitten war. Die Handlung beginnt am 28. September, als Takumi mit einem Online-Freund namens Grim spricht. Grim muss Takumi über die jüngsten New-Generation-Vorfälle aufklären, da Takumi sich weder für lokale noch für internationale Nachrichten interessiert. Eine Person namens Shōgun betritt den Chatroom, sagt jedoch kein Wort, bis Grim den Raum verlassen hat. Shōgun stellt Takumi zur Rede und präsentiert ihm eine Flut von Bildlinks, die einen äußerst grausamen Mord zeigen. Am nächsten Tag, als Takumi nach einem Nachmittag in einem Internetcafé nach Hause geht, stößt er auf genau die Szene, die er am Vortag in Shōguns Bildern gesehen hat. Er rennt schreiend vom Tatort weg, begegnet dort jedoch zuvor noch einem rosa haarigen Mädchen, das mit Blut bedeckt ist und die Uniform der Suimei-Akademie trägt. Von hier an versucht Takumi, sich nicht in die Angelegenheiten von Shōgun und den anderen New-Generation-Vorfällen verwickeln zu lassen, während er langsam in die Räder eines größeren Plans gerät.