该片根据畅销小说改编而成。一场车祸，母亲丧生，而孩子却奇迹般幸存，他赤裸着身体获救，然而救人者竟然是来自未来的自己。原来，亨利・德・泰伯尔(艾瑞克・巴纳饰)，这位芝加哥图书馆的一名管理员患上慢性时间错位症，正在忍受的是一种遗传而来的“时间混乱”所带来的麻烦和痛苦，这是一种极其罕见的特殊体质，使得他围绕着属于自己的时间线，随时随地都会消失或出现，不断地在时空当中来来回回地穿梭，最可怕的是他没办法控制自己的能力，只能无奈地任凭命运的摆布。而且，他每次穿越都赤身裸体，经常闹出笑话。
所以，亨利从小开始时间旅行时，就已经学会了怎么开锁、偷食物衣物、爬树等等求生本领。至于教会他这些东西的老师，则刚好是长大后时间旅行回到过去的自己。
好在，他的活动总是会局限于自己亲近的人附近，就好像行星围绕恒星周期运动一样。
在无数次的穿越中，他时常会穿越到同一个地点，那就是女主角克莱尔（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）家别墅外的树林中。在那里他认识了当时才6岁的克莱尔，并且告诉她自己是一个时空穿梭者。而克莱尔也在一次次与亨利的相遇中逐渐爱上了他，梦想着在未来能够嫁给他，直到他们在图书馆的第一次相遇，他们的时间轴第一次在现实中同步了……他们在克服了层层地阻碍之后，共同迈进了婚姻的殿堂……然而这段婚姻所衍生出来的问题和复杂性，却因为亨利对自己的无能为力而增加了很多--他没办法控制自己在同一个时空逗留的时间的长短，所以他和他的爱人永远都没有办法保持步调一致……
时间旅行当然是件好事。亨利来到未来的话，就去看看股市行情，或者乐透彩票的中奖号码，然后再回到原来的时空，与克莱尔预先去买下潜力股，于是大赚一笔。他们的豪华别墅，就是这么来的。
但时间旅行又是无法控制的，而且终其一生无法改变。于己于人的痛苦都远远大于了它带来的好处。
因为那些不由自主的消失，亨利会亲眼目睹幼小的自己一遍遍遭遇那些过往，而他却只能旁观，重复品味那些快乐、悲伤和痛苦。就好像童年时那个冰天雪地里的车祸，母亲丧命，自己却因为惊吓过度而发生的时间旅行而安然无恙，从此父亲一蹶不振，与儿子关系冷漠；就好像那个寒冬的夜里，已经知道前女友英格里德自杀的亨利，回到过去英格里德的公寓，才发现是自己的到来促成了她的自杀；时间旅行到一个寒冷的空无一人的地方，再度回到现实，冻伤让他从此失去了双脚……还有最后的生离死别。