Tim（多姆纳尔·格利森 Domhnall Gleeson 饰）21岁了，他的老爸（比尔·奈伊 Bill Nighy 饰）告诉他，他们家族的男人都有时光旅行的超能力，可以回到过去。于是Tim将信就疑地试了一下，回到了夏天，在那里他试图改变和暗恋对象的关系，却发现怎么穿越时空都不能让不爱你的人爱上你。之后Tim来到了伦敦，成为了一个律师。他爱上了一个漂亮的姑娘Mary（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰），他通过几次时空旅行，努力地想成为Mary的男朋友。再后来，他又试图通过时光旅行，去挽回一场失败的话剧，去改善妹妹的生活，去更好地和亲人、朋友相处，度过生命中的每一天。

伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。