公元2035年。自从世界1996年被一种致命病毒侵袭之后，囚徒詹姆斯·科尔被强迫作为志愿者，由2035年穿越时空回到1996年追查当年病毒扩散的原因，以便由科学家想办法预防并阻止它的发生。 然而，时光穿越出现了误差，科尔被送到了1990年的巴尔的摩。他被精神病医生凯瑟琳·雪莉诊断为精神分裂和幻想症，因为他向人们描述6年后将有50亿人口死于一场病毒灾难。在疯人院中，他与病友杰弗里·戈因斯格外谈得来，戈因斯主动帮助他出逃疯人院，却没成功，科尔在被关进黑屋子时被2035年的科学家招了回去。第二次时空穿越没有出问题，但科尔却发现病毒的发源地是在费城。于是他找到了凯瑟琳，让她帮助他去费城，寻找释放病毒的罪魁祸首：十二猴军团。他们以这种怪异的图案（十二只猴子围成一圈）为标志。凯瑟琳因为科尔对谷仓中的小男孩的预言相信科尔的确不是属于这个时代的人，凯瑟琳相信了他的话，决心帮助他挽救人类的命运。“十二猴军团”原来是个“动物解放运动协会”，它的组织者正是六年前科尔的朋友杰弗里。而杰弗里的父亲却是著名的病毒专家科兰德，杰弗里是个疯狂的为动物自由而战的人，他绑架了父亲，组织了十二猴军团，只不过要将被科兰德博士关入动物园的动物全部释放出来。那场致命的病毒根本与十二猴军团无关。科尔决定不再理会未来的事，正当他与凯瑟琳在机场憧憬着美好的生活时，却意外地发现博士的助手皮特斯才是真正的罪魁祸首，但此时科尔因欲开枪射击皮斯特而被警察击毙。(小时候的科尔此时也在场目睹了这起事件，这解释了科尔一直以来的梦境其实就是看到未来的自己与心理医生的爱情情节）