El adolescente Marty McFly es amigo de Doc, un científico al que todos toman por loco. Cuando Doc crea una máquina para viajar en el tiempo, un error fortuito hace que Marty llegue a 1955, año en el que sus futuros padres aún no se habían conocido. Después de impedir su primer encuentro, deberá conseguir que se conozcan y se casen; de lo contrario, su existencia no sería posible.
En el año 2035, un virus mortal ha arrasado la humanidad y los supervivientes viven bajo tierra. Un convicto llamado James Cole se ofrece como voluntario para viajar al pasado y averiguar el origen de la plaga. Su misión es encontrar al ‘Ejército de los Doce Monos’, una organización terrorista que se cree que liberó el virus. Sin embargo, su viaje se complica por los errores temporales, las visiones recurrentes y la duda sobre su propia cordura. Con la ayuda de una psiquiatra llamada Kathryn Railly y un loco llamado Jeffrey Goines, Cole intenta salvar el futuro antes de que sea demasiado tarde.
Leonard Shelby sigue la pista del hombre que violó y asesinó a su mujer. Sin embargo, la dificultad de localizar al asesino de su esposa se ve agravada por el hecho de que padece una forma rara e intratable de pérdida de memoria a corto plazo. Aunque puede recordar detalles de la vida antes de su accidente, Leonard no puede recordar qué ha pasado hace quince minutos, adónde va o por qué.