Clare (Rachel McAdams) ha estado enamorada de Henry (Eric Bana), un librero de Chicago, toda su vida. Ella cree que están destinados a estar juntos, a pesar de que no sabe cuándo tendrán que volver a separarse: Henry es un viajero en el tiempo, castigado con una rara anomalía genética que le hace vivir su vida en una escala de tiempo cambiante, saltando y retrocediendo a través de los años sin ningún control. A pesar de que los viajes de Henry los obligan a separarse sin ninguna advertencia, y sin saber cuándo volverán a reunirse, Clare intenta desesperadamente construirse una vida con su verdadero y único amor...