本作是以解谜为题材的原创动画，Phi-Brain是指拥有黄金比大脑之人，而主人公Kaito作为Phi-Brain的候补者之一，为解开传说中的“神之谜题”而展开一场冒险。 热爱解谜的私立√（Root）学园高一学生大門Kaito，在偶然的机遇下挑战了潜藏在学园近郊地下遗迹中的“不可解之谜”，那是由神秘的智囊集团POG所制造的、招致生命危险的“贤者之谜”。被真相激怒的Kaito漂亮地攻克了贤者之谜，意外地从中获得了“Solver(解答者)”的指名。于是Kaito与青梅竹马的少女Nonoha以及其他拥有解答者身份的同伴们一起，以存在于世界各地的“贤者之谜”为舞台，与POG展开解谜对决。

平穏な日常が戻った主人公・大門カイトと仲間たち。 そんなある朝、√学園の入口が封鎖されているのを見たカイトは、ひとり学園の中へ。 ……待ち受けていたのは、巨大なパズルと、親しげに語りかける謎の少年だった。 「ようこそ、裁きのパズルへ！」 新たな敵は、「オルペウス・オーダー」を名乗る5人の少年少女。 組織の目的のため、また自分たちこそが「真のファイ・ブレイン」であるという資格を示すため、√学園の生徒をギヴァーに仕立ててカイトにパズル・バトルを仕掛け、さらにギャモンたちも巻き込んだチーム対戦パズルを挑んでくる。 これまで以上に厳しく激しい、カイトの新たな戦いが始まる……。

オルペウス・オーダーとの戦いの後、進級して高校2年生になったカイトは、パズルの師・真方ジンの失われた記憶を取り戻すため、イギリスに来ていた。 子供のころジンと出会った教会を訪れるカイトたち。そこにひとりの少女が現れ、「会いたかった」とジンの元へ駆け寄る。「レイツェル」と少女の名を呼ぶジン。2人は知り合い？　……だが！　そのレイツェルが、突然、カイトたちにパズル・バトルを挑んできた！ 同じころ√学園では、ギャモンたちが、エニグマと名乗る男からパズルを仕掛けられていた……。 カイトと仲間たちだけでなくルークやフリーセルまで巻き込んで、みたび展開される命がけのパズル・バトル。レイツェルとエニグマの目的は？　果たしてカイトは、真方ジンの記憶に眠る「『ファイ・ブレイン』と『神のパズル』の真実」へと迫ることができるか!?