Une théorie prétend que si l'on pouvait retourner dans le passé et changer quelques détails de notre vie, tout ce qui en découle serait modifié. On appelle cela "l'effet papillon". Evan Treborn a cette faculté. Fasciné, il va d'abord mettre ce don au service de ceux dont les vies ont été brisées dans leur enfance. Il peut enfin repartir dans le passé et sauver la seule jeune fille qu'il ait jamais aimée.
Mais Evan va découvrir que ce pouvoir est aussi puissant qu'incontrôlable. Il va s'apercevoir que s'il change la moindre chose, il change tout. En intervenant sur le passé, il modifie le présent et se voit de plus en plus souvent obligé de réparer les effets indésirables de ses corrections. La situation devient rapidement ingérable et ceux qu'il voulait secourir se retrouvent en danger...