En fysiker som uppfinner en tidsmaskin måste resa tillbaka till det förflutna för att avslöja sanningen om sin skapelse och kvinnan som försöker stjäla den.

Efter ett äventyr som varat hela natten försvinner Quentins livslånga förälskelse, Margo, och lämnar efter sig ledtrådar som Quentin och hans vänner följer på en resa för livet.