公元2035年，自从世界1996年被一种致命病毒侵袭之后，剩余的少数人类就只能生活在地下，苟且偷生。为了改变这一情况，科学家们设计出一个计划去改变这一切。囚徒詹姆斯·科尔被强迫作为志愿者，由2035年穿越时空回到1996年追查当年病毒扩散的原因，以便由科学家想办法预防并阻止它的发生。然而，时光穿越出现了误差，科尔被送到了1990年的巴尔的摩。他被精神病医生凯瑟琳·雪莉诊断为精神分裂和幻想症，因为他向人们描述6年后将有50亿人口死于一场病毒灾难。在疯人院中，他与病友杰弗里·戈因斯格外谈得来，戈因斯主动帮助他逃出了疯人院，科尔也因此又回到了2035年。第二次时空穿越没有出问题，但科尔却发现病毒的发源地是在费城。于是他找到了凯瑟琳，让她帮助他去费城，寻找释放病毒的罪魁祸首：十二猴军团。他们以这种怪异的图案（十二只猴子围成一圈）为标志。从科尔腿部取出的子弹证实了科尔的确不是属于这个时代的人，凯瑟琳相信了他的话，决心帮助他挽救人类的命运……