Tim Lake crece en Cornualles, en una casa junto al mar con su padre James, su madre Mary, su distraído tío Desmond y su hermana Katherine ("Kit Kat"), de espíritu libre. El día que cumple 21 años, Tim se entera por su padre de que los hombres de su familia tienen la capacidad secreta de viajar al pasado, a momentos que han vivido antes. James disuade a su hijo de utilizar su don para conseguir dinero o fama, y Tim decide que lo utilizará para mejorar su vida amorosa.

Al verano siguiente, la amiga de Kit Kat, Charlotte, le visita. Tim se siente inmediatamente atraído, pero espera hasta el final de su estancia para decirle lo que siente; ella le dice que debería habérselo dicho antes. Tim viaja al pasado para decírselo a Charlotte en medio de las vacaciones, pero ella le aconseja que espere hasta su último día. Con el corazón roto, Tim se da cuenta de que ella no está interesada en él, y que los viajes en el tiempo no pueden hacer cambiar de opinión a nadie.

Tim se traslada a Londres para seguir la carrera de abogado y vive con un conocido de su padre, Harry, un dramaturgo misántropo y enfadado. Tim visita un restaurante Dans le Noir, donde conoce a Mary. Coquetean en la oscuridad y, después, Mary le da a Tim su número de teléfono. Tim vuelve a casa y se encuentra con un Harry angustiado, cuya noche de estreno de su nueva obra ha sido arruinada por un actor que ha olvidado sus líneas. Tim retrocede en el tiempo para arreglar las cosas, y la obra es un triunfo.

Sin embargo, cuando Tim intenta llamar a Mary, descubre que al retroceder en el tiempo para ayudar a Harry, la velada con Mary nunca tuvo lugar. Recuerda la obsesión de Mary por Kate Moss, y encuentra a Mary una semana después en una exposición de Kate Moss. Sin embargo, descubre que ahora tiene novio. Tim retrocede en el tiempo y descubre cuándo y dónde se conocieron, presentándose antes de que llegue el posible novio, y convence a Mary para que se vaya con él. Su relación se desarrolla y Tim se va a vivir con Mary. Una noche, se encuentra con Charlotte, que ahora parece interesada en él, pero Tim la rechaza al darse cuenta de que está enamorado de Mary. Le propone matrimonio y tienen una hija, Posy.

Los hábitos de consumo de Kit Kat la llevan a estrellar su coche en el primer cumpleaños de Posy. Mientras Kit Kat se recupera, Tim decide intervenir en su vida: evita el accidente y lleva a Kit Kat al pasado para evitar su infeliz relación con Jimmy. Consiguen volver al presente, donde Tim descubre que Posy nunca ha nacido y que en su lugar tiene un hijo. James le explica que no pueden cambiar los acontecimientos anteriores al nacimiento de sus hijos y le asegura que ese mismo hijo seguirá siendo concebido. Tim acepta que no puede cambiar la vida de su hermana cambiando su pasado; permite que se produzca el choque, asegurando el nacimiento de Posy, y él y Mary ayudan a Kit Kat a enfrentarse a sus problemas para mejorar su propia vida. Ella se instala con Jay, el amigo de Tim, y tiene su propio hijo. Tim y Mary tienen otro hijo, un niño.

Tim se entera de que su padre tiene un cáncer terminal que el viaje en el tiempo no puede cambiar, ya que retroceder lo suficiente desharía sus relaciones con Mary y Kit-Kat, algo que no está dispuesto a hacer. Su padre lo sabe desde hace tiempo y viaja al pasado para prolongar su vida y pasar más tiempo con su familia. Le dice a Tim que viva cada día dos veces para ser verdaderamente feliz: primero, con todas las tensiones y preocupaciones cotidianas, pero la segunda vez notando lo dulce que puede ser el mundo. Tim sigue este consejo; su padre muere, pero Tim viaja al pasado para visitarlo cada vez que lo echa de menos.

Mary le dice a Tim que quiere tener un tercer hijo. Él se muestra reticente porque eso significa que no podrá volver a visitar a su padre. Tim le dice a su padre que ya no puede visitarlo, y juntos viajan al pasado para revivir un grato recuerdo de la primera infancia de Tim. Mary da a luz a una niña y Tim sabe que no podrá volver a ver a su padre. Tim se da cuenta de que es mejor vivir cada día una vez, decidiendo a partir de ese momento no viajar en el tiempo, y llega a apreciar la vida con su familia como si la estuviera viviendo por segunda vez.