Nell'ecologica città di Fuuto, dei misteriosi congegni con l'aspetto di chiavette USB chiamati Gaia Memories vengono utilizzati da criminali e altri soggetti interessati ad affari loschi per trasformarsi in mostri chiamati Dopants, impossibili da fermare anche dalle forze dell'ordine. Peggio ancora, le Gaia Memories rilasciano una tossina che fa impazzire l'ospite, fino a metterne a repentaglio la vita. Dopo la morte del suo capo, l'autoproclamatosi detective hard-boiled Shoutaro Hidari e il misterioso Philip investigano sui crimini commessi da questi Dopants, usando a loro volta delle Gaia Memories che, combinate alle loro cinture, permettono loro di trasformarsi in Kamen Rider Double per combattere i Dopants e mantenere Fuuto al sicuro.