Nae Tennouji ist die einzige Tochter von Yuugo Tennouji und Tsuzuri Imamiya. Anfangs als schüchtern und zurückhaltend dargestellt, lebt sie in Angst vor Rintaro Okabes "Hououin Kyouma"-Persona, bezeichnet ihn häufig wegen seiner Spitznamen-Gewohnheit als komisch; sie verabscheut es besonders, wenn Okabe ihren Vater "Mister Braun" nennt. Nae pflegt enge Bindungen zu Mayuri Shiina und Suzuha Amane, die sie als ältere Schwestern betrachtet. Sie tauscht den "Tutturu"-Gruß mit Mayuri aus und verbringt Zeit mit Suzuha im CRT-TV-Laden, in dem Suzuha arbeitet. Ihrem Vater zutiefst ergeben, fühlt Nae oft, dass sie ihm zur Last fällt, was sie veranlasst, von Mayuri und Kurisu Makise kochen zu lernen, um ihn zu unterstützen. Ihr Leben zerbricht nach Yuugos Selbstmord, was sie in tiefe Depressionen stürzt. Sie macht Okabe und Moeka Kiryu für den Tod ihres Vaters verantwortlich, eine Überzeugung, die sie im Alpha-Weltlinienverlauf mit einer Divergenz von 0,523307% dazu bringt, Moeka zu ermorden und Okabe schwer zu verletzen. In dieser Weltlinie wird sie Zeuge des Selbstmords ihres Vaters und schließt sich später SERNs Rounders an. Mit einer von SERN beschlagnahmten Zeitmaschine aus dem Future Gadget Lab unternimmt sie über 2000 Sprünge zurück ins Jahr 2010, um Rache zu üben, und erklärt, sie habe in ihrer ursprünglichen Zeitlinie nichts mehr zu verlieren. Nae zeigt eine alternative Persönlichkeit namens "Sergeant Clean", die durch strenges, befehlshabendes Verhalten gekennzeichnet ist, um Sauberkeit durchzusetzen. In dieser Rolle vergibt sie niedliche Spitznamen wie "Mister Smileybear" für Itaru Hashida, was die Tendenz ihres Vaters widerspiegelt, Sauberkeit durchzusetzen. In einer nicht näher bestimmten Weltlinie folgt Nae Okabe und Mayuri in die U-Bahn während eines SERN-Angriffs. Während sie versucht, Mayuri zu umarmen, stößt sie sie versehentlich vor einen herannahenden Zug, was Mayuris Tod verursacht. Dieses Ereignis traumatisiert Nae, obwohl ihr weiteres Schicksal unbekannt bleibt. Im Gegensatz zu ihren rachsüchtigen Handlungen in der 0,523307%-Divergenz scheint dieser Vorfall unbeabsichtigt zu sein. Die Anime-Adaption zeigt eine andere Abfolge, in der Nae den Selbstmord ihres Vaters nicht direkt miterlebt, was ihren Abstieg in die Rache verhindert, wie im Visual Novel dargestellt. Abgesehen von diesen Ereignissen taucht Nae als Erwachsene im gemeinsamen Science-Adventure-Universum in "Robotics;Notes" auf, wo sie als 20-jährige Angestellte bei JAXA arbeitet.