El físico Jim Beale, trabajando con dos colegas (Chuck y Matty), inventa una máquina que hace posible el viaje en el tiempo. La máquina opera creando una mitad de un agujero de gusano en una ejecución, y la otra mitad en una segunda ejecución. El proceso es costoso y peligroso. Para activarlo se requiere material radioactivo creado por KMC, una empresa propiedad de Klaus Meisner, un capitalista de riesgo.

Si el material se maneja incorrectamente como parte del proceso, la máquina fallará, causando una explosión devastadora. Durante la primera prueba, Beale recibe una flor de dalia genéticamente creada desde el agujero de gusano. Beale no puede demostrar que su invención realmente funciona sin el material radioactivo de Meisner para una segunda prueba. Meisner exige el 50% de propiedad del proceso a cambio del material, pero logra obtener solo el 49%. La segunda prueba está programada para una semana después de la primera.

Poco después de la primera prueba, Beale conoce a Abby Ross, quien parece saber demasiado sobre él para que su encuentro sea coincidencia. Se siente atraído por ella, pero también desconfía. Sus sospechas parecen confirmarse cuando Chuck lo llama por teléfono celular y le dice a Beale que Abby no es de confianza y que la prueba fue mucho más exitosa de lo que pensaban inicialmente. Beale deja a Abby y corre de regreso al laboratorio, pero Chuck se niega a explicar más. Beale posteriormente ignora sus sospechas y comienza una relación con Abby. Descubren un vínculo profundo, que se rompe cuando se confirma la advertencia de Chuck: Abby revela la existencia de la flor a Meisner. Meisner amenaza a Beale con el conocimiento de la flor, propiedad intelectual de otra de sus empresas. Meisner extorsiona a Beale por otro 50% de propiedad de la investigación, dejando a Beale con el 1%.

Durante la segunda prueba, destrozado y sin pensar claramente, Beale se apresura locamente a través de la máquina hacia el agujero de gusano, con estas palabras de despedida: "Puedes poseer la dalia, pero no me posees a mí". En un intento por evitar perder la propiedad de su empresa, Beale había razonado que necesitaba enviar algo a través del agujero de gusano, específicamente él mismo, que no perteneciera a Meisner desde el punto de vista de la propiedad intelectual. Así es como es transportado una semana en el pasado al momento de la primera prueba.

Beale está convencido de que en esta "segunda ejecución" puede burlar a Meisner y Abby y evitar que su investigación caiga en sus manos. Seduce a Abby pero pronto descubre que ella realmente estaba atraída por él: Abby, escritora de ciencia, había leído un artículo sobre él y había imaginado una historia fantástica en un diario sobre cómo debía ser él. Había aprendido más sobre él de Meisner y había investigado su trabajo, por lo que se sentía poderosamente atraída hacia él. Beale lee la historia ficticia pero descubre que es una representación algo inexacta de su trabajo y además está incompleta.

Surgen complicaciones: Beale de la "segunda ejecución" se debilita físicamente y siente dolor cuando está cerca de "Jim Prime", la versión de Beale que existía antes del salto en el agujero de gusano. Beale se revela a Chuck y Matty con la esperanza de asegurar su ayuda para proteger la investigación. Ambos ayudan a Beale y ocultan su presencia a Jim Prime, explicando varias interacciones confusas durante la semana antes de la segunda prueba. Beale siente celos de Jim Prime, pero no es necesario: Jim Prime sigue desconfiando de Abby, y está claro que no tendrá nada que ver con ella después de la segunda prueba debido a su traición.

Beale sigue debilitándose. Encuentra nuevamente el diario de Abby (esta vez en manos de Matty) y está confundido; en la primera línea temporal, estaba en el apartamento de Abby. Matty dice que lo encontró en el bolsillo del abrigo de Jim cuando salió del agujero de gusano. El diario ahora es sutilmente diferente, lo que confirma que Beale ha saltado no hacia atrás en el tiempo, sino al pasado de un universo paralelo, ligeramente diferente del que dejó. Las inconsistencias sutiles que Beale no había notado en esta línea temporal se explican. Chuck dice que es imposible que existan dos Beales en el mismo universo, por lo que el Beale de la "segunda ejecución" morirá y solo quedará Jim Prime.

Beale solicita la ayuda de Chuck y Matty para hacer un agujero de gusano no programado para enviar él mismo al pasado con su nuevo conocimiento, para intentar evitar que la investigación sea robada. Se comete un error en el proceso, impidiendo el salto en el tiempo y desperdiciando el material radioactivo.

Llega la fecha de la segunda prueba. Beale encuentra a otro Jim desplazado en el tiempo muerto en un hotel después de intentar salir de la ciudad. Regresa al Grand Hotel, donde ve que el aparente acto de traición de Abby se hizo intencionalmente para obtener más material radioactivo para hacer que la segunda prueba suceda, enviar a Jim Prime lejos y salvar la vida de Beale. La segunda prueba ocurre como antes, pero cuando Abby regresa al Grand Hotel, Beale ya ha muerto.

Abby está sola en un café cuando Jim Prime, aparentemente sano, se sienta frente a ella. Jim revela un profundo sentido de atracción hacia Abby, y se presenta. Abby reconoce su similitud en apariencia con el físico "John Bain", del cual está escribiendo una novela. Sin embargo, según ella sabía, John Bain murió en una explosión devastadora en su laboratorio. La implicación no dicha es que Jim Prime no se marchitará como lo hizo Beale, ya que entró en un universo sin otro Jim presente.