11월의 비 내리는 밤, 한 폐놀이공원에서 회전목마에 태워진 채 발견된 여성의 시신. 그녀는 여러 차례 찔려 있었고, 왼쪽 눈은 도려내져 있었다. 현장에 도착한 경시청 소속의 다테 카나메는 그 여자를 알아보는데, 그때 회전목마 안에서 소음이 들려온다. 회전목마의 중앙 기둥을 부수고 들어가자, 그 안에는 피 묻은 얼음 송곳을 쥐고 있는 한 어린 소녀가 서 있었다.

게임 는 가까운 미래의 기술 발전된 도쿄를 배경으로 하며, 도쿄 경시청의 비밀 수사팀 '고등 뇌수사반'(ABIS) 소속의 다테 카나메의 이야기를 그린다. ABIS는 '싱크(Psync)'라는 수사 방식을 통해 사건을 조사하는데, 이는 '섬니움(Somnium)'이라는 꿈의 상태에서 용의자의 무의식적인 꿈속을 탐색하는 기계를 활용한다. ABIS 요원들은 '싱커(Psyncers)'라 불리며, 꿈속의 관찰자로서 용의자가 숨기거나 미처 인식하지 못하는 비밀과 단서를 찾아낸다. 싱커에게 부작용이 생기는 것을 막기 위해, 용의자의 섬니움에 머무는 시간은 최대 6분으로 제한된다. 또한 이 세계관에서는 '와제트 시스템(Wadjet System)'이라는 글로벌 클라우드 기반 시스템을 중심으로 한 고도 인공지능이 중요한 요소로 등장한다.