一艘货轮意外爆炸，特工道格（Denzel Washington 丹泽尔•华盛顿 饰）奉命前往调查。然而，当他到达现场时，却发现自己分明是第一次到这个地方，却对眼前的场景十分熟悉。道格经过缜密调查，发现了这起爆炸事件与自己有着密不可分的关系。
他借助政府的时光实验室――这里可以获悉4天内任何地方发生的任何事件，发现了自己与一名神秘女子有着不同寻常的关系，而这名女子将导致未来的一场与自己有关的大灾难！
道格必须回到过去，将历史从一个实相引向另一个实相才能阻止这场灾难的发生。

莱伯特（休•杰克曼 饰）是19世纪的一名落魄贵族公爵，在家人为他安排的相亲宴会上，他为了追踪一个陌生人，疯狂科学家斯图尔特，无意闯入时空隧道，来到了100多年后的21世纪，斯图尔特的意外住院使公爵面对陌生的环境举步维艰。机缘巧合下，他邂逅了斯图尔特的前女友凯特（梅格•瑞恩 饰）——一个野心勃勃、独立聪明的广告界女强人，一连串的事情，使二人互相吸引，谱写出一段跨越时空的浪漫恋曲......
但是，穿越时空的情感注定不会一帆风顺。为了顺应历史的发展，出院的斯图尔特不得不把莱伯特送回属于他的年代，莱伯特和凯特刚刚开始的恋情面临时空分离的危机。两人是命定的缘分还是刹那的相逢？两人能否穿越时空的阻隔在一起？

女医生凯特（桑德拉•布洛克 饰）因为工作繁忙，搬离了郊外的河边小屋。临走时她在信箱里放了一封信，希望下一位住客能帮忙处理信件。不久，她来到了旧址，发现信箱里面有一封来自建筑师亚历克斯（基努•里维斯 饰）的来信，信一封接着一封。原来他们所处的年代相差了两年，他们惊讶之余更乐于成为对方的笔友，他们在不同的空间里，一次又一次感受对方的存在。随着爱情的滋生，亚历克斯决定要见凯特一面，但他们都不知道这场跨越时空的恋爱，将会使他们经历何样的景况。

罗素（布鲁斯·威利斯 Bruce Willis 饰）人到中年，事业上成绩平平，感情生活一片空白，忙忙碌碌大半辈子，所得也仅能用“乏善可陈”来形容。一次偶然中，罗素遇见了一个看起来十分眼熟的男孩，令罗素感到吃惊的是，这个男孩不是别人，正是8岁时的自己（史宾塞·布瑞斯林 Spencer Breslin 饰）。
费了好大的功夫，罗素才让小罗素相信，自己就是32年后的他，而令小罗素十分失望的是，原来自己并没有如同理想中的那样成为一名帅气的飞行员，而是长成了默默无闻形单影只的落魄中年人。为了改变自己的未来，小罗素决定帮助未来的自己，在和小罗素相处的过程中，罗素亦走出了迷惘，重新看到了希望。

公元2035年，人类被12只猴子军研制的一种病毒侵袭，大部分人类都在这场病毒灾难中死亡，只有少数人侥幸逃生，但也只能在阴暗的地下，苟且偷生。
科学家们决定派人穿越时光回到1996年追查12只猴子军的来历。囚徒詹姆斯·科尔(布鲁斯·威利斯 Bruce Willis 饰)被 挑选为志愿者。阴差阳错，科尔回到了1990年，当他向当时的人们描述未来的那场大灾难时，被当作精神病捉了起来并被医生凯瑟琳·雪莉（玛德琳·斯通 Madeleine Stowe 饰）诊断为精神分裂症。科尔在病友杰弗里·戈因斯帮助下逃脱，回到了未来。因为没查清12只猴子军的来历，科尔再次被派回了1996年。
科尔这次发现了12只猴子军的起源地在费城，他找到了医生凯瑟琳，二人一起展开了追查12只猴子军的冒险之旅!

约翰的父亲弗兰克(丹尼斯•奎德 Dennis Quaid 饰)死于30年前一次救火行动中。一次，翻看父亲的遗物时，约翰(詹姆斯•卡维泽 James Caviezel 饰)发现了30年前父亲使用过的一台老式无线电。在随手翻拨频段的时候，他竟然和一名年轻叫弗兰克的男子搭上了线。经过整夜长谈，约翰确定时空发生了错乱，这个弗兰克正是自己30年前的父亲。
约翰兴奋异常，顺利帮助父亲躲过了30年前的那场灾难。当他一觉醒来，惊讶地发现了相框中白发苍苍的父亲，他知道自己成功了。然而让人意想不到的是，历史一切都改写。约翰的拯救了父亲，而他的母亲却死于了多年前的一起连环杀人案。当约翰通过无线电再次联系30年前的父亲，意图让父亲阻止母亲被杀时，父亲却又意外成了嫌疑犯！

17岁少女绀野真琴是一个活泼跳脱的少女。在一次普通值日工作中，真琴不小心摔倒了，自此她发现自己拥有了穿越时空的能力。她兴奋不已，掌握了穿越时空的方法后，她经常用这个方法去解决生活中许多令她困扰十分的事。
喜欢棒球的真琴与同班的两名男生千昭与功介有着共同爱好。一天，与她本是好朋友的千昭突然向她表达爱意，手足无措了她再次穿越时空希望可以躲避这件事的发生。但没想到，千昭会跟同学友梨在一起了，而友梨也是一直喜欢千昭的。此时，暗恋功介的果穗误以为真琴是功介的女友。
为了帮忙解决朋友的问题，真琴不断以同样的方法回到过去。她突然发现自己手臂上的数字原来是穿越时空的次数，次数变得越来越少，与此同时她也发现了千昭的秘密……