Der Forscher Dr. Daniel Winter hat eine Technologie entwickelt, mit der Zeitreisen möglich werden können, doch die US-Regierung stuft die Experimente als zu gefährlich ein und stoppt das Projekt. Um sein Lebenswerk zu retten, entwendet er die Technologie und flieht. Das FBI unter Agent Caleb startet sofort eine groß angelegte Suchaktion, und Winters Name taucht kurz darauf auf der Passagierliste eines Linienflugzeugs auf. Doch als die Regierung den Befehl zur sofortigen Landung geben will, lässt Dr. Winter mit Hilfe seiner Technologie das Flugzeug in einem Zeitloch verschwinden. Der dadurch ausgelöste Welleneffekt droht die Welt zu zerstören. Ein Wettlauf gegen die Zeit hat begonnen.

Evan Treborn hatte keine besonders angenehme Kindheit. Sein Vater war halb verrückt, Schläge, der Missbrauch seiner Freundin und Morddrohungen waren an der Tagesordnung. Hilfe fand er nur bei einigen wenigen Freunden und in seinen Tagebüchern, denen er sich seit seinem 7.Lebensjahr anvertraute. Jetzt, erwachsen, entdeckt er, dass er in der Zeit zurückreisen kann. Bestrebt, die finstere Vergangenheit zu ändern, als seine Freundin stirbt, bemüht er sich um temporäre Ausbesserung der eigenen Vergangenheit. Doch jede Veränderung ist wie der Schlag eines Schmetterlingsflügels, der am Ende der Welt einen Orkan auslöst: die neue Zukunft ist immer noch schrecklicher, als die Realität, die er selbst kannte. Also versucht es Evan immer wieder ...