Una banda organizada formada por seis individuos es contratada para dar un golpe. Anteriormente varios de los miembros no se conocían entre sí, por lo que entre ellos usan nombres en clave. El objetivo: atracar una empresa para llevarse unos diamantes. Pero, antes de que suene la alarma, la policía ya está allí. Algunos mueren en el atraco, y el resto se reúne en el lugar convenido.
Cuando descubre que su novia, Clementine, ha hecho que borren de su memoria todos los recuerdos de su tormentosa relación, Joel Barish se pone en contacto con el creador del proceso para que borre a Clementine de su memoria.
En el año 2035, el convicto James Cole voluntarios a regañadientes para ser enviado de regreso en el tiempo para descubrir el origen de un virus mortal que aniquiló a casi toda la población de la tierra y obligó a los sobrevivientes a las comunidades subterráneas. Pero cuando Cole es enviado por error a 1990 en lugar de a 1996, es arrestado y encerrado en un hospital psiquiátrico. Allí conoce a la psiquiatra Dra. Kathryn Railly, y al paciente Jeffrey Goines, hijo de un famoso experto en virus, que puede tener la llave del misterioso grupo rebelde, el Ejército de los 12 Monos, que se cree será el responsable de desencadenar la enfermedad mortal.
Un hombre con pérdida de memoria a corto plazo intenta localizar al asesino de su esposa.