Gerade war US-Soldat Colter Stevens noch im Kriegseinsatz, plötzlich findet er sich in einem Zug nach Chicago wieder - an der Seite einer jungen Frau, die ihn kennt, er sie aber nicht. Kurz darauf explodiert der Zug, und eine Stimme instruiert Stevens, dass er wieder zurück muss. Dank einer revolutionären Technologie kann er im Körper eines Passagiers die letzten acht Minuten vor der Explosion wiederholt miterleben, damit den Bomber ermitteln und dessen nächsten Terroranschlag noch am gleichen Tag verhindern.

In der sonnigen Bay Area San Franciscos beginnt 1968 eine grausame Mordserie. Der unbekannte Killer lauert verliebten Pärchen auf und bringt sie um. Anschließend führt er Polizei und Presse mit kryptischen Briefen, in denen er sich Zodiac nennt und seiner Untaten brüstet, an der Nase herum. Zeitungsreporter und Fahnder aus vier Distrikten suchen nach dem Mörder. Als ein Teenager seine Attacken überlebt und ihn als weiß Maskierten beschreibt, bricht Panik in der Stadt aus. Der unlösbare Fall wird bald zur Obsession für die vier Detectives.