世界線理論為本作對世界構造的理論，其描述混合了平行世界、因果律等元素，但又與這些理論不盡相同。
首先，雖然世界線理論有著平行世界的影子，世界卻是單純地只有一個，也就是說不存在著平行世界A及B之分，即使進行時間跳躍，也不存在平行世界分裂的可能。而所謂的世界線，其實也就是指世界的無限可能性，每一條世界線也代表一個可能性。比如今天你吃的早餐有三種選擇，那就代表有至少三條世界線的存在，由於人類一天的生活中有著接近無限個不同可能性，因此世界線亦有無限條，但這卻不代表未來沒受到因果律約束，即使世界線數量多，但同樣受因果律所限制，這就是所謂的收束。
所謂世界線收束，單一構造相當簡單，上圖中最左邊的原點為因，最右的一點為果，中間的則是世界線，擁有無限可能性，然而無論事情的細節如何發展，「果」亦只會向一點收束。舉個例，小明沒有用功溫習是「因」，其考試不及格是「果」，因此無論小明在考試過程中如何答卷，結果還會是不及格。當然，有人會提出疑問，比如說小明如有神助般把答案都答對，這又會如何？答案是不應該出現如有神助的情況。情況就有如故事中第六章一樣，まゆり死了無數回，表面上まゆり的死法並非每一次都與SERN有關，比如被綯推到路軌就是一場意外，但以世界線收束的方解釋，一切都就是蝴蝶效應的影響。比如以まゆり被綯推到路軌為例，綯出現在月台的原因，可能是因為秋葉原站被封，秋葉原站被封的原因是因為SERN攻擊研究所，SERN攻擊研究所是因為要回收時間跳躍機，而SERN則是靠岡部第一封的D-MAIL才計劃回收時間跳躍機。也就是說，假如第一封D-MAIL沒發出去，綯就不會出現在月台，まゆり亦不會死。這解法很扯？的確，但因果關係卻沒有改變，只是導致まゆり死亡的過程改變了而已。回歸到小明的例子，假使間小明當天真的如有神助，卻自然會因為其他外在因素導致他不及格，比如說考試途中電話響起導致扣分，最終小明還是不及格。
大概有人會覺得這種解法很不合理？因為與一般認知上的因果有點差距，但正因為因果是絕對性，所以才會出現所謂的「巧合」、「不幸」、「甚至「奇蹟」。就筆者所理解，能夠如有神助般答題的小明，在考卷上肯定會拿到好分數，但結果卻因為電話響起而被扣分，小明大概會認為這是「不幸」，但在世界線的角度來看，這不過是結果收束而已。當然，筆者所舉的一個例子並非絕對性，現實中也並非每個人沒有溫習就肯定會不及格，所以筆者只會說以上是借以解釋的例子，實際上立「因果」關係的亦不是筆者，而是因果律，假如換作另一個考生小強，沒有用功溫習的「因」，未必一定導致其考試不及格的「果」。
講了這麼多，會否覺得世界線不難理解？但其實上面所提的只是一個因果關係的世界線收束，世界上每時每分每秒也發生著數以千萬億計的因果關係，就連數理也離不開因果，本作中的世界亦不例外。因此，真實的世界線是縱橫交錯，互相連結、收束、分支，由於因果關係並不一定是即時性，有長遠效果，亦有短暫效果，當中甚至會出現世界線內再包世界線的情況，簡言之只要有「因」出現，就必然會出現世界線収束後的「果」。而為了描述這些世界的改變，本作設計了一個名為世界線變動率的數值，本作中岡部及世界線變動率顯示器都只能顯示小數點後六位的世界線變化，但真實的世界線變動率理應是無限位小數點。比如筆者正在打這篇文，輸入打字的速度快1%及2%已經會做成世界線的變動，但這變動並不會令世界出甚麼亂子，因此其世界線變動率可能只是改變了小數點後一百個位的數值，就是說毫無影響力可言。不過，思考上不應該把世界線變動率意會成一個數值代表一個世界，講到底這只是變動率，也就是說與原本的世界或世界線收束範圍的盡頭相差有多遠距離而已。例如如A點與B點相距10m，所有人都不可能從A點座標及相距10m的提示中知道B點的位置。同理，世界線變動率只是指變動幅度，每個數字都並非代表一個世界，要不然世界線變動率不可能是十進制。
至於剛剛談到的世界線收束範圍，其實是本作中鈴羽對一定數值內世界線變動率的稱呼，比如說在α世界線收束範圍的世界線變動率範圍為0.000000-0.999999之間，β世界線收束範圍的世界線變動率範圍為1.000000-1.999999之間。這類世界線收束範圍有無數個，但由於當中包括了相當大的「因」，因此在世界線收束範圍內的所有世界線都會收束向同一個「果」。假設α世界線收束範圍的「果」是外星人會在不久將來攻擊地球，那麼無論事前做些甚麼，假如不能跳出這個世界線收束範圍話，外星人還是會在不久將來攻擊地球。
總結來說，本作中使用的世界線理論，其實頗為創新，而且亦解決了某些舊有時間旅行所存在的問題。比如時間悖論，本作用了世界線變動作為其中的解。以最經典的例子而論，假如小明處於世界線A，回到過去殺死自己的父親，小明卻不會在世界上消失，世界亦容許小明的父親死亡。但無論多少，世界線將會因此而重新構成成世界線B。在這世界線B，小明甚至可以回到將來，但將來的世界將會有所改變。至於最大的因果問題方面，單以世界線作為整體而論是絕對矛盾，但由於本作中世界為世界線組成，因為世界線群才是一個整體。世界線A的父親已經在小明殺死父親的一刻因為世界線改變而被保護了，反之小明殺死的是世界線B的父親，也就是說世界線B亦不會有小明出生。簡言之，小明的出生不是靠著世界線B的父親，而是靠著已改變的世界線A的父親，而由於世界線B的小明父親已死，因此小明B不會出生。就結果而論，整個世界線群會減去了1+X的小明及小明父親，其中X是無限可能性。而這種情況從本作中亦可看出，比如說發D-mail改變世界線後，發訊者永遠沒有發訊紀錄，反之收訊者卻能收到D-mail。
另外，正如上文提到，假如沒有局外人的觀察，其實沒有人能夠得知世界線的運作及作改變。因此本作OP所指的スカイクラッドの観測者，其實也就是我們的男主角岡部了，他是本作中唯一一個能夠明確看出世界線變化的人，並為未來作出了選擇，其中以下為歌詞解讀。 (沒有解讀的，要麼沒意思，要麼是現階段會做成劇透)
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