시카고 도서관 직원 헨리는 저주와 같은 ‘시간 여행 유전자’ 때문에 자신의 의사와 상관없이 과거와 미래를 넘나들며 시간여행을 하게 된다. 어느날, 그에게 클레어라는 아름다운 아가씨가 찾아오는데, 그녀는 자신이 여섯살 되던 해부터 지금까지 헨리와 여러 번 만나서 서로 사랑하게 되었다고 말한다. 하지만 헨리는 클레어를 전혀 기억하지 못한다. 클레어는 매번 갑자기 사라져서 언제 다시 나타날지 모르는 헨리이지만, 그가 분명 자신의 운명적인 사랑이라고 굳게 믿는데…