Pendant son enfance, Evan Treborn a eu des trous de memoire pendant lesquels des evenements graves se sont produits. Le premier a lieu a l'ecole primaire, ou, la maitresse demandant aux eleves de dessiner ce qu'ils voulaient faire plus tard, il se representa comme le meurtrier de deux personnes. Le fait est qu'apres ces trous de memoire se passe souvent un evenement dramatique. Apres une consultation medicale, Evan doit ecrire sur des cahiers ses journees. A l'age adulte, Evan veut comprendre ce qui s'est passe pendant ces trous de memoire. Mais ses recherches maladroites conduisent au suicide d'une amie d'enfance. Relisant ses cahiers d'enfance, il se rend compte que la lecture de ces cahiers lui permet de revenir a l'evenement et de le changer. Mais ces changements ont a chaque fois des impacts enormes sur ce que lui et ses amis d'enfance sont devenus, et chaque situation debouche sur la mort de quelqu'un, ou sur un evenement tragique. D'ou le sous-titre du film : Changer une chose change tout. Durant le film, comprenant peu a peu ce qui s'est passe pendant ses trous de memoire, Evan essaie de changer le cours des choses.