三人回忆起小学时光，约定到曾经的游泳馆去。在废弃的游泳馆里，他们居然遇到了归国的松冈凛（宫野真守 配音）。意料之外的是，昔日战友凛性情大变，还对遥发起挑战，结果遥输给了他。 遥、真琴和渚决定成立游泳部，经过多番努力后，终于招募到了新成员龙崎怜（平川大辅 配音），他们以县大赛冠军为目标，进行紧张的集训。另一方面，凛所在的鲛柄学院游泳部也在为大赛作准备。他们约定，要在赛场上决一高下。充满激情和活力的游泳部，在这个夏天，开始了关于友情与青春的Free!故事。
在美国的一个“虚拟太空工厂”里，安吉洛·拉里博士正在研究一个可以快速提高人类智力的“项目5”。在过去的5年里，Angelo博士的研究对象是几只精心挑选的猩猩，实验表明，在虚拟空间的刺激下，猩猩的智力显著提高。“虚拟空间工厂”的负责人蒂姆受幕后投资者的指示，鼓励安吉洛博士使用这种方法刺激黑猩猩原始的暴力中枢神经系统，以增强它们的攻击性，最终创造出比武器更强大的东西。安杰洛坚决拒绝那些战争流氓的妄想，因此投资者拒绝继续投资，安杰洛也面临停牌的困境。安吉洛不愿放弃对“虚拟空间”项目的研究，但他一直在为缺乏研究对象而挣扎。一次偶然的机会，割草工Job出现在Angelo面前。Job患有先天性智力残疾，从小就被一位牧师收养。他遭受着周围环境的欺凌和虐待，只有邻居的孩子彼得愿意和他交朋友。但乔布斯天生乐观善良，安吉洛决心让乔布斯参与实验。安吉洛在乔布斯身上进行了一个月的实验和培训，乔布斯的智商提高了四倍。这个惊人的结果让安吉洛充满了信心，但与此同时，问题也出现了。国内的研究设备已无法满足后续的研究需求。安吉洛不得不求助于蒂姆，希望能秘密借用“虚拟空间工厂”的中央实验室，继续在乔布斯身上进行实验。一方面，蒂姆欣然同意，但另一方面，他在幕后向投资者倾诉。随着研究的进展，安吉洛发现，虽然乔布斯的智力有所提高，但他也表现出了一些超出预期的迹象，比如暴力倾向。因此，他果断地停止了实验。经过调查，Angelo发现Job注射的药物不是他自己配制的，而是一种直接刺激人们剧烈中枢神经系统的药物。原来是蒂姆斯偷偷换的药。事实上，此时的乔布斯已经拥有了一种“用思想控制物质”的神奇力量。他甚至用这种力量烧死了这位看似仁慈、内心阴暗的牧师，并一直在虐待他唯一的朋友彼得的父亲，但没有取得好的结果。此时此刻，安吉洛意识到自己可能伤害了乔布斯，并试图说服他停止进入虚拟空间。但乔布斯已经失去了理智，甚至在智力上超过了安吉洛，独自进行实验。更让安吉洛惊讶的是，乔布斯试图利用虚拟空间来控制整个世界。在关键时刻，安吉洛将炸弹放置在中央实验室，以阻止乔布斯进入虚拟空间。不愿失败的乔布斯拒绝离开实验室，在爆炸声中，实验室瞬间陷入废墟。
这部作品的主人公冈部龙太郎（由宫野正人配音）是一名患有严重次生疾病的大学生。他和自称“凤凰研究所正弘”的朋友组成了“未来发明研究所”，在秋叶原的一个初级实验室里进行各种奇怪的发明和调查。
