Año 2035. Tras la epidemia provocada por un virus letal que ha matado a millones de personas, los supervivientes se refugian en comunidades subterráneas, húmedas y frías. El prisionero James Cole se ofrece como voluntario para viajar al pasado y conseguir una muestra del virus, gracias a la cual los científicos podrían elaborar un antídoto. Durante el viaje conoce a una bella psiquiatra y a Jeffrey Goines, un excepcional enfermo mental. Cole trata de encontrar al ejército de los 12 Monos, un grupo radical vinculado a la mortal enfermedad.