Året er 2035, og bare én prosent av jordas befolkning har overlevd et dødelig virus som herjet i 1996. James Cole blir overtalt til å reise tilbake til 1996 for å samle informasjon om hvordan epidemien oppsto, slik at man kan utvikle en vaksine. Ved en feiltakelse blir han imidlertid sendt til 1990, hvor han blir arrestert og sperret inne på et sinnssykehus. Der møter han psykiateren Kathryn Railly og Jeffrey Goines, sønnen til en berømt vitenskapsmann og virusekspert, som prøver å hjelpe ham.