Tras recuperarse milagrosamente de una herida de bala aparentemente mortal en la cabeza, el veterano de la Guerra del Golfo Jack Starks regresa a Vermont en 1992, sufriendo períodos de amnesia. Mientras camina, ve a una joven, Jackie, y a su madre alcohólica desesperada junto a su camión averiado. Starks y Jackie no tardan en establecer una cierta afinidad; ella le pide que le dé sus placas de identificación y él lo hace. Él consigue arrancar el camión para ellas y continúa su camino. Poco después, un hombre que conduce por la misma carretera lleva a Jack y un policía los detiene.

La escena cambia: Starks aparece tumbado en el arcén de la carretera cerca del policía muerto, con una bala del arma del policía en su cuerpo. El arma homicida está en el suelo cerca. Aunque testifica que había otra persona en la escena, no se le cree debido a su amnesia. Starks es declarado inocente por razón de demencia y es encarcelado en una institución mental.

Starks es puesto al cuidado del Dr. Thomas Becker, un psiquiatra, y su personal. En diciembre de 1992, Starks es obligado a someterse a un tratamiento no autorizado diseñado por Becker: se le inyectan drogas experimentales, se le ata con una camisa de fuerza y se le coloca dentro de un cajón de la morgue como forma de privación sensorial. Mientras se encuentra en este estado, es capaz de viajar 15 años al futuro y permanecer allí durante un breve periodo de tiempo. Se encuentra con una versión más antigua de Jackie en un restaurante de carretera donde ella trabaja. Sospecha que esto ocurre porque es el único recuerdo al que puede aferrarse por completo. Ella no le reconoce, pero al verle de pie, desamparado, se apiada de él y le ofrece cobijo, sólo por esta noche. Mientras está en su apartamento, Starks se encuentra con sus propias placas de identificación y se enfrenta a ella. Jackie, asustada, le dice que Jack Starks murió el día de Año Nuevo de 1993, por lo que es imposible que sea quien dice ser. Ella se enfada y le pide que se vaya. Posteriormente, Starks es transportado al futuro en varias ocasiones en el curso de su tratamiento y, tras ganarse la confianza de Jackie, intentan averiguar cómo aprovechar el viaje en el tiempo para sacar a Jack del hospital y salvar su vida.

A primera hora del 1 de enero de 1993, sabiendo que su tiempo se agota rápidamente, Starks es sacado brevemente del hospital por la Dra. Beth Lorenson, a quien finalmente ha convencido de sus experiencias de viaje en el tiempo y de su conocimiento de los acontecimientos futuros. Ella lleva a Starks a la casa de la infancia de Jackie y de su madre, donde él le da a la madre una carta que ha escrito, en la que se esboza el sombrío futuro de Jackie y se le advierte a la madre que está destinada a dejar huérfana a Jackie cuando se quede dormida con un cigarrillo encendido en la mano y muera quemada. Cuando regresa al hospital, Starks experimenta un flashback de la herida en la cabeza que sufrió en Irak, al tiempo que resbala en el hielo y se golpea la cabeza. Sangrando profusamente, convence a dos de los médicos más comprensivos para que le pongan la chaqueta por última vez.

Starks regresa a 2007, donde descubre que su carta a la madre de Jackie ha marcado la diferencia. Jackie tiene ahora una vida mejor que en la versión anterior de 2007. Ya no es camarera, ahora viste un uniforme de enfermera y tiene una perspectiva notablemente más alegre. Vuelven a encontrarse en 2007: ella ve a Starks de pie en la nieve y al principio pasa por delante de él, pero da marcha atrás cuando se da cuenta de su herida en la cabeza. Se detiene y se ofrece a llevarlo al hospital donde trabaja. Mientras están en el coche, Jackie recibe una llamada de su madre, que sigue viva y sana. Siguen conduciendo, la pantalla se desvanece en blanco y una voz en off revela que el vínculo con el futuro "anterior" no se ha perdido cuando Jackie dice "¿Cuánto tiempo tenemos?", una pregunta que ya le había hecho antes. Cuando empiezan a rodar los créditos, la respuesta a la pregunta viene dada por la letra de la canción "We Have All the Time in the World", cantada por Iggy Pop.