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Tendo lugar após Kamen Rider W Returns: Kamen Rider Accel, Fuuto PI gira em torno de Shotaro Hidari, um detetive particular que trabalha na Narumi Detective Agency, e seu parceiro Raito "Phillip" Sonozaki, o único sobrevivente da família Sonozaki que pode acessar Gaia Biblioteca. Juntos, eles se transformam no Kamen Rider W, que protege a cidade de Fuuto dos Dopants, monstros criados por Gaia Memories. Eles resolvem casos ao lado de seu chefe Akiko Terui, que muitas vezes se junta às investigações com seu marido Ryu (um membro da força policial que também é Kamen Rider Accel).
Um dia, Shotaro encontra uma garota amnésica de cabelo rosa chamada Tokime, que está sendo alvo de Dopantes. Depois de salvá-la, eles decidiram contratá-la na Agência de Detetives Narumi como sua assistente. Conforme Shotaro e Raito resolvem mais casos, eles gradualmente descobrem a conexão de Tokime com a misteriosa Dopant Aurora.