En 1985, Peggy Sue Bodell asiste a la reunión de sus 25 años de instituto, acompañada por su hija, Beth, en lugar de por su marido, Charlie, que fue su amor de instituto. Ella y Charlie, que se casaron justo después de la graduación cuando Peggy Sue se quedó embarazada, se han separado recientemente debido a la infidelidad de Charlie.

En la reunión, Peggy se reencuentra con sus antiguas amigas del instituto, Maddy y Carol. Ella ignora a Charlie cuando éste llega inesperadamente. El maestro de ceremonias anuncia entonces al "rey y la reina" de la reunión: Richard Norvik, el antiguo friki de la clase que ahora es un inventor multimillonario, y Peggy Sue. Abrumada, se desmaya en el escenario mientras es coronada.

Peggy Sue se despierta, pero ahora es 1960, su último año de instituto. Confundida y desorientada, decide ir a casa de sus padres y actuar como si todo fuera normal. Esperando que Richard Norvik pueda aclarar su situación, se hace amiga de él y le cuenta lo sucedido. Él no cree su historia hasta que Peggy Sue comienza a dar detalles sobre el futuro. Más tarde decide romper con Charlie. Sin embargo, quiere acostarse con él después de una fiesta, pero él entra en pánico y le recuerda que le rechazó el fin de semana anterior. Él la lleva a casa, pero en lugar de entrar, ella va a un café nocturno donde ve a su compañero Michael Fitzsimmons, un solitario artístico con el que siempre deseó haberse acostado. Mientras se sientan y hablan, Peggy Sue se da cuenta de que tienen mucho en común. Se van en la moto de él y más tarde tienen sexo bajo las estrellas.

La noche siguiente, en un bar de música, Michael quiere que Peggy se vaya a Utah con él y otra mujer para mantener una relación polígama en la que las dos mujeres le apoyen mientras él escribe. Ella se niega, diciéndole que utilice su noche juntos como inspiración para su escritura. Charlie está cantando en el bar, y ella ve que hay más en él de lo que pensaba. Charlie baja del escenario y habla con un agente musical que está allí para evaluarlo, pero no está impresionado.

Al día siguiente, Peggy Sue intenta hablar con Charlie, pero éste arremete contra él, molesto por no haber conseguido un contrato discográfico. Ella se despide de Richard, afirmando que quiere dejar de arruinar su vida y la de todos los que la rodean, especialmente la de Charlie, ya que la razón por la que dejó de cantar es porque ella se quedó embarazada. Richard le propone matrimonio, pero ella lo rechaza, ya que no quiere casarse tan joven ni desbaratar su futuro. Peggy Sue visita a sus abuelos en su 18º cumpleaños. Al enterarse de que su abuela es vidente, les cuenta su historia. Su abuelo la lleva a su logia masónica, donde los miembros realizan un ritual para devolverla a 1985. Charlie entra en la logia y -al ver el ritual- coge y sale corriendo con Peggy Sue, dejando a todos dentro creyendo que el ritual ha funcionado.

Charlie le cuenta que ha dejado de cantar y que le han dado el 10% del negocio familiar. A continuación, le propone matrimonio y le regala el medallón que llevaba al principio de la película. Ella mira dentro y ve fotos de bebé de ella y de Charlie, que se parecen a las de sus hijos. Peggy Sue se da cuenta de que se quieren. Tienen relaciones sexuales, demostrando que ella volvería a tomar las mismas decisiones.

Peggy Sue despierta en un hospital en 1985, con Charlie a su lado. Él se arrepiente profundamente de su infidelidad y quiere recuperarla. Michael ha escrito un libro dedicado a Peggy y una noche estrellada, lo que indica que Peggy posiblemente viajó al pasado. Peggy Sue y Charlie se reconcilian.