Plusieurs mois après les événements qui les avaient frappés, Rachel Keller et son fils Aidan  se retrouvent à nouveau mêlés à une histoire de meurtres en série liée à une mystérieuse cassette vidéo…

Une théorie prétend que si l'on pouvait retourner dans le passé et changer quelques détails de notre vie, tout ce qui en découle serait modifié. On appelle cela "l'effet papillon". Evan Treborn a cette faculté, et va mettre ce don au service de ses amis, dont les vies ont été brisées pendant leur enfance. Il pourra ainsi repartir dans le passé et sauver Kayleigh Miller, la jeune fille qu'il a toujours aimée.
Mais Evan va apprendre à ses dépends que ce pouvoir est aussi puissant qu'incontrôlable à long terme. Il va s'apercevoir que s'il modifie la moindre chose, il change tout. En intervenant sur le passé, il transforme le présent et se voit de plus en plus souvent obligé de réparer les effets indésirables de ses corrections. La situation devient rapidement ingérable, et ceux qu'il voulait secourir se retrouvent davantage en danger...

La seule façon pour Nick de sauver sa petite amie d'un tragique accident est d'utiliser son pouvoir en changeant le passé via ses souvenirs. Mais les actions de Nick risquent de provoquer des effets bien pires que ce qui a pu être réparé...