先進的な医療施設キャンベルセンターで働く小児精神科医のキャサリンは、昏睡状態の少年エドワードの内面世界に特殊な機器を使って入り込み、内なる彼とやりとりしながら意識の回復を目指す治療に携わっていた。結果は芳しくなく、キャサリンは自分の内面にエドワードを招き入れる方法を考慮しつつあったが、それは未知の領域でリスクがあった。そんなある日、昏睡状態の連続殺人犯カール・スターガーがセンターに運び込まれる。彼に誘拐された女性がタイマー仕掛けで溺死させられる危機にあるため、彼女が閉じ込められている場所をカールの内面から聞き出そうというのだ。キャサリンがカールの内面世界に侵入すると、その世界には少年時代の素直なカールと、玉座に君臨する狂気のカールが住んでいた。危険を感じたキャサリンはカールの世界から脱出する。カールの捜査を担当しているFBI捜査官ピーターとの会話で気持ちを落ち着け、再びカールの精神世界に戻るキャサリン。そこでキャサリンは、少年時代のカールが父親に受けていた虐待を目にする。また水に浸けられる洗礼式で味わった苦しさが、彼の中に別人格を作り出したことを知る。悪魔のような扮装のカールに襲われたキャサリンは、現実と精神世界の区別を失い、カールの世界から出られなくなってしまう。キャサリンを助けるためにFBI捜査官ピーターがカールの世界に入る。ピーターはキャサリンに現実を思い出させることに成功し、また、被害者が閉じ込められている場所のヒントを見つける。カールの世界から脱出後、ピーターは被害者が閉じ込められている現場に急行するが、キャサリンは独断で装置を操作し、今度はカールを自分の精神世界に招き入れる。キャサリンの世界にやってきたの少年のカール。彼はキャサリンの世界にいたがり、思い出話をする。小さい頃に鳥を見つけたが、父親に見せたら酷いことをされると分かっていたので、自分で水に浸けて殺した。そうやって「助けた」。キャサリンがそうしてくれれば元の世界に帰らなくて済むと。そんなことはできないとキャサリンは断る。そこに少年のカールを追って邪悪なカールが現れる。しかしそこはキャサリンの世界であり、彼女がその世界の主だった。キャサリンは邪悪なカールをいとも簡単に叩きのめすが、邪悪なカールが受けた傷は、少年のカールにも反映していた。お前は俺を殺せないと嘯く邪悪なカール。自分を抱き上げたキャサリンに、少年のカールは「助けて」と呟く。キャサリンは彼を水に沈める。キャサリンは現実に戻る。泣きじゃくるキャサリンの隣でカールは事切れていた。後日、キャサリンによるエドワードの治療に進展が見え始めた。
1981年はYMOにとって大きな転換期となる。3月に前衛的ともいえるアルバム『BGM』を発表。当時、開発されたばかりであったデジタルのMTR（マルチトラックレコーダー）を駆使したこのアルバムは非常に実験的なアルバムであり、それまで耳に馴染みの良いポップ指向のスタイルから一転、“暗く重い”ヨーロッパ志向かつ、ニュー・ウェーヴ色の強いエレクトリックサウンドを展開した。歌詞もそれまでのクリス・モズデルによる散文詩から、メンバー自身による作詞（英訳詞はピーター・バラカンとの共同作業）が行われるようになった。同アルバム収録の「CUE」はこれ以降のYMOの音楽性を示した曲であると坂本龍一は語っており、また「U・T」が後に英国の『ニュー・ミュージカル・エクスプレス』誌から「ハードコア・テクノの元祖」と称されるなど、国内だけでなく世界にも影響を与えたアルバムである。音楽とテクノロジーの新たな可能性を追求したこのアルバムは、それまでYMOに興味を持たなかった評論家などから非常に高い評価を得ている。しかしその一方で、いわゆる「ライディーン」的なサウンドを期待していたファンからは大顰蹙を買い、「失敗作」、「駄作」などと酷評され、セールス面では大きく落ち込んでしまう結果となった。このアルバムの発表に対し、メンバーは「何をやっても売れちゃう。こんな面白い状況は二度と来ない。だったら遊んじゃおうと思った」（細野）、「期待をはぐらかす快感を味わいたかった」（坂本）、「ファンの切り捨てをしました」（高橋）と、それぞれ発言している。同年11月には、『BGM』とはまた趣向の異なる実験的アルバム『テクノデリック』を発表。当時としては最先端のサンプリング・マシーンを駆使し、金属音や人間の声などをサンプリングし、加工して使われたサウンドが、その後の世界中のミュージシャンに多大な影響を与えることになった。同年リリースされた上記の2枚のアルバムの発表に続いて、2度目の国内ツアー「ウィンター・ライヴ1981」が11月24日から仙台・宮城県民会館よりスタート。全国11会場で行われる。主に『BGM』 『テクノデリック』からの楽曲を中心に演奏されたこのツアーでは、楽曲の再現性に問題があったため、YMOのライヴとしては初めてMTRが使用された。演奏スタイルもそれまでのライヴとは、変化が見られる。高橋のドラムスタイルは、従来のドラムセットに加え、スタンディングでサンプリング・トリガーのLMD-649を叩くものが取り入れられた。楽曲によっては坂本がギターやドラムスを、高橋がキーボードを演奏するなど、YMOのライヴとしては非常に珍しいともいえる楽器のパート変更などが見られた。また、細野がベースギターを演奏する比重が増えるなど、変化に富んでいた。ステージのサポートメンバーも松武秀樹一人のみで構成されたライヴであった。12月27日の新宿ツバキハウス公演（この日の公演のみ立花ハジメ、梅林茂もサポートメンバーとして参加、「中国女」も演奏）を最後に、翌年はYMOとしての音楽活動は一旦休止状態となる。グループ名を略して「イエローマジック」や「イエロー」といった呼ばれ方をされていたYMOであったが、この頃には「YMO」（ワイ・エム・オー）という記号化された略称が一般に定着した。散開後は、登録商標の問題でこの「YMO」表記が一時的に出来なくなり、「イエロー・マジック・オーケストラ」（Yellow Magic Orchestra）表記が主流である。この時期、坂本は雑誌のインタビューで「ある意味で、僕が“細野晴臣”というミュージシャンを仮想の敵としている以上に、細野さんは僕を敵としてとらえて、自らとYMOをパワーアップしている」と語っており、坂本と細野の間で対立じみた不協和音が発生していた。この時期の坂本と細野の関係はかなり険悪な状態で、坂本は細野とスタジオで顔を合わせると、腹いせにスタジオの椅子を蹴飛ばしたり、互いに顔を合わせないようにわざとスタジオ入りの時間をずらしていたという。そんなこともあってか、2人の仲を取り持っていた高橋はとても神経をすり減らしていたそうである。メンバー間では、1981年末でYMOの活動にピリオドを打つ（解散する）という考えがあったようである。しかしながら、（当時所属していたレコード会社だった）アルファレコードの意向によるビジネス面での要求から、解散はひとまず先延ばしにされた。1981年までのYMOのレコードの世界での売上はシングルがアメリカで100万枚、イギリスで20万枚、アルバムはアメリカとイギリスを合わせて20万枚、全世界でのレコード売上は500万枚に達した（アルファレコード社長（当時）の村井邦彦による）。