En l'an 2035, 99% de la population mondiale a été décimée par un mal mystérieux qui a rendu la surface du globe inhabitable. Contraints de se réfugier sous terre, les survivants de l'apocalypse mettent tous leurs espoirs dans un voyage à travers le temps : en remontant à l'an 1996, ils espèrent découvrir les causes de la catastrophe et la prévenir. James Cole est désigné pour cette dangereuse mission.

     De retour en 1996, Cole rencontre Jeffrey Goines, fils rebelle d'un illustre savant, et une psychiatre, le Dr. Kathryn Railly. D'abord convaincue que le « voyageur » souffre d'un délire de persécution aigu, la jeune femme découvre progressivement le bien-fondé de ses étranges prophéties. Entraînant Kathryn avec lui, Cole va tenter de trouver le sens d'une image d'enfance qui le hante depuis des années, et de décrypter les mystérieux signaux lancés par une association secrète connue sous le nom d'Armée des 12 Singes.