Tim Lake (Domhnall Gleeson) es un joven de 21 años que descubre que puede viajar en el tiempo. Su padre (Bill Nighy) le cuenta que todos los hombres de la familia han tenido desde siempre ese don, el de regresar en el tiempo a un momento determinado, una y otra vez, hasta conseguir hacer "lo correcto". Así pues, Tim decide volver al pasado a intentar conquistar a Mary (Rachel McAdams), la chica de sus sueños.