追隨著父親的足跡來到風都的亞樹子,發現坐鎮父親的偵探事務所的、竟然是為名叫左翔太郎與菲力普的年輕偵探;原本想趕他們出去的亞樹子卻陰錯陽差的捲進一個奇妙事件裡…
17年前(1994),月球上的研究基地因不明原因發生爆炸,一人喪生…而在現代(2011),有名為「天文裝置(Astro Switch)」的神祕物品出現,為人們打開踏入宇宙的可能…看似平凡的天之川學園高中,陸續發生怪異事件,然而這其中卻另有祕密?如月弦太朗這位轉學生的轉入,也同時是一連串事件的開始…
本作的世界觀設定和後作《假面騎士Fourze》有所關聯。故事舞台是虛構地點「夢見町」。沉睡的怪人醒來後發現作為自己身體能量源的代幣不足,因此希望搜齊代幣完全復活。鳥類的幹部怪人因意外使用瀕死狀態的泉刑警身體出現,與主角合作令其成為假面騎士OOO,為了粉碎這些怪人的野心而登場。
有著巨大風車的都市——「風都」,最近街上不斷傳出名為「摻雜體(Dopant)」的怪人作亂。「Dopant」是人類使用「蓋亞記憶體(Gaia Memory)」變身的模樣,背後操縱流通的,則是園咲家族成立的企業。私家偵探左翔太郎和他的同伴菲利普一同以Gaia Memory變身為假面騎士W,和接連出現的Dopant戰鬥!
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