Evan Treborn hat jedes Zeitgefühl verloren. Seine Kindheit und seine Jugend wurden entscheidend von Ereignissen geprägt, an die er sich durch wiederholte Blackouts nicht mehr erinnern kann. Nur zusammenhanglose Erinnerungsfetzen sind ihm geblieben. Das Leben seiner früheren Kindheitsfreunde Kayleigh, Lenny und Tommy ist zerstört, aber er weiß nicht, warum. Sein Psychologe rät ihm als Kind, Tagebuch zu führen, was ihm später weiterhelfen wird. Jahre sind vergangen, und er wird durch ein Date auf seine Tagebücher aufmerksam. Sie sind der Schlüssel, mit dem er die Vergangenheit zu ändern vermag, was jedoch nicht zu den gewünschten positiven Effekten führt.
Beim ersten Versuch, sich mit Hilfe seines Tagebuches an vergangene Erlebnisse zu erinnern, wird Evan in eine Szene versetzt, in der seine Freundin Kayleigh und er selbst gerade von Kayleighs Vater sexuell missbraucht werden. Verstört von dieser Szene, fährt er zu seinem alten Heimatort zurück, um Kayleigh zu besuchen. Er findet sie als Kellnerin in einer Bar und befragt sie zu den Erlebnissen ihrer Kindheit. Konfrontiert mit Dingen, die sie lieber vergessen würde läuft sie verzweifelt weg. Daraufhin fährt Evan wieder weg und erfährt kurze Zeit später, dass sich seine Jugendfreundin selbst getötet hat. Er versucht nun, sich mit Hilfe seiner Tagebücher in die ausschlaggebende Situation zurückzuversetzen und diese zu verändern – was ihm auch gelingt, indem er Kayleighs Vater mit den Folgen seiner Handlung konfrontiert.
Nach dieser Szene wacht er wieder auf. Kayleigh lebt und liegt neben ihm im Bett, – beide sind ein glückliches Paar und recht wohlhabend. Doch kurze Zeit später stellt sich heraus, dass Kayleighs Bruder Tommy gerade aus dem Gefängnis entlassen wurde und nun auf der Suche nach Evan ist. Da Evan verhindert hatte, dass Kayleighs Vater sie missbrauchte, ereilte stattdessen ihrem Bruder Tommy dieses Schicksal, welcher deswegen nun sehr aggressiv ist. Im Park treffen sie aufeinander, wo Evan Tommy in Folge einer Auseinandersetzung mit dessen Baseballschläger erschlägt und dafür zu einer Gefängnisstrafe verurteilt wird. Während seiner Haft ist er gewalttätigem Mobbing durch seine Mithäftlinge ausgesetzt.
Evans wiederholte Versuche die negativen Auswirkungen seiner Änderungen der Vergangenheit zu korrigieren (Kayleigh wird zu einer drogenabhängigen Prostituierten, Evan verliert beide Arme, mehrere seiner Freunde sind tot oder geisteskrank) führen indes nicht zum erhofften Ergebnis. Die bisherige Handlung gipfelt schließlich darin, dass Evan verhindern muss, dass Kayleigh sich überhaupt mit ihm anfreundet. Dies ist anscheinend der einzige Weg, alles Schlimme zu verhindern. Wieder zurück in der Zukunft sehen sich Evan und Kayleigh acht Jahre später auf der Straße, wo sie Evan allerdings nicht anspricht, sondern weitergeht.
