L'any 2035, el condemnat James Cole es proposa de mala gana per ser enviat en el temps per descobrir l'origen d'un virus mortal que va acabar amb gairebé tota la població de la terra i va obligar els supervivents a entrar en comunitats subterrànies. Però quan Cole és enviat per error al 1990 en lloc del 1996, és arrestat i tancat en un hospital psiquiàtric. Allà coneix la psiquiatra Dra. Kathryn Railly i el pacient Jeffrey Goines, fill d'un famós expert en virus, que pot tenir la clau del misteriós grup canalla, l'Exèrcit dels 12 Micos, que es creu que és el responsable de desencadenar la malaltia assassina.