Darby Shaw (Julia Roberts), una estudiante de Derecho, escribe un informe en el que analiza las posibles razones del reciente asesinato de dos jueces del Tribunal Supremo. Su informe, en principio descabellado, parece que toca material "sensible", pues pronto será objeto de una implacable persecución, de la que saldrá con vida gracias a la ayuda de un periodista (Denzel Washington) que también quiere descubrir quiénes están detrás de esos asesinatos.

Año 2035. Tras el azote de un virus que asola la Tierra matando a millones de personas, los supervivientes se refugian en comunidades subterráneas, húmedas y frías. El prisionero James Cole se ofrece "voluntario" para viajar al pasado y conseguir una muestra del virus, gracias a la cual los científicos podrán elaborar un remedio. Durante el viaje conoce a una bella psiquiatra y un excepcional enfermo mental. Cole tratará de encontrar al "Ejército de los 12 Monos", un grupo radical vinculado a la enfermedad.