Sam possède la faculté de remonter le temps et l’utilise pour résoudre les crimes les plus odieux. Sa seule règle est de ne jamais intervenir dans le passé. Lorsqu’une vieille amie, Elisabeth, vient lui demander de l’aider à rechercher le meurtrier de sa soeur, Sam accepte et décide d’utiliser son pouvoir. Lorsque Sam revient de son saut dans le temps, il découvre que ses actions ont créé un tueur en série. En changeant le passé, il va être amené à traquer un tueur en série qui semble lié à ses sauts temporels.

La seule façon pour Nick de sauver sa petite amie d'un tragique accident est d'utiliser son pouvoir en changeant le passé via ses souvenirs. Mais les actions de Nick risquent de provoquer des effets bien pires que ce qui a pu être réparé...

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...