В этой игре главной героиней станет Айфи, маскот компании Idea Factory. Её пришлось занять данное место, после того, как «самая главная героиня» Нептуна внезапно превратилась в мотоцикл. Теперь Айфи предстоит увлекательное путешествие в Великую Библиотеку, где, как гласят предания, хранятся знания, при помощи которых можно повернуть время вспять и изменить прошлое. В этом путешествии Айфи будет не одна, ведь ей помогут многочисленные антропоморфные консоли компании SEGA — Sega Hard Girls, среди которых Sega Hatsumi, Sega Saturn, Dream Cast, Mega Drive и Game Gear. Разумеется, будут здесь и привычные поклонникам серии персонажи — упомянутая Нептуна, Плутия, Удзуме, Непгир и другие. Интересной особенностью Superdimension Neptune VS Sega Hard Girls является отсутствие как таковой постоянной привязки к конкретному классу. Игрок волен сам решать, когда и кому из героинь изменить класс, а следовательно и стиль боя. Другая фишка проекта — исследовательский игровой процесс, который предлагает больше возможностей, чем в классических RPG из серии Hyperdimension Neptunia. Айфи может прыгать, карабкаться по лианам, лазать по канатам, ползать и устраивать пробежки.