Clare (Rachel McAdams) ha estat sempre enamorada d’Henry (Eric Bana), un llibreter de Chicago. Està convençuda que estan destinats a viure junts, encara que no sàpiga quan hauran de tornar a separar-se: Henry és un viatger del temps, amb una rara anomalia genètica que el condemna a viure la seva vida en una escala de temps canviant, avançant i retrocedint a través dels anys sense cap control. Malgrat que els viatges d’Henry són tan imprevisibles que Clare mai sap quan tornaran a veure’s, intenta desesperadament adaptar-se a aquesta vida, ja que el que sí que sap és que no podria viure sense Henry.