在2035年,一场致命病毒大盛行导致地球上的人类被迫躲藏地下生存,人口锐减至极少数。为了找出病毒的来源并考试测验阻挡这场灾害,科学家们选派囚犯詹姆斯·科尔回到过去。他的任务是调查一段提到“十二猴子军团”的电话留言录音。这个组织被认为是病毒扩散的关键。
科尔的首次韶光旅行因故障意外把他送到了一九九零年的巴尔的摩,他的未来辞吐使他被误诊为精神疾病患者并被关入精神医院。只管如此,科学家们成功将他带回2035年,并重新发送他到精确的韶光点1996年。
在那里,科尔绑架了精神病年夜夫凯瑟琳·雷莉,并带着她一同前往费城追查十二猴子军团的线索。经由一系列事宜,凯瑟琳开始相信科尔的话,并与他一起投入到挽救人类的义务中。他们终极创造十二猴子军团并非病毒的真正源头,而是一个动物权盆组织,旨在抗议科兰德的动物实验。
而真正的威胁来自科兰德的助手彼得斯,他操持将病毒散布到天下各地。在机场,当科尔试图阻挡彼得斯时,却被警察击毙。这一幕被年幼的科尔目睹,揭示了他梦中反复涌现的场景的由来。彼得斯登上了飞往疫情爆发城市的飞机,而2035年的科学家之一琼斯则神秘地坐在他的阁下,让故事留下了悬而未决的结局。