En 1899, el científico Alexander Hartdegen (Guy Pearce) vive en Nueva York y tiene la idea de viajar a través del tiempo.

Cree que es teóricamente posible y, en sus clases en la universidad, a veces entra en conflicto con otros profesores por su libre pensamiento.

Una noche, Alexander se dirige al parque donde le espera su novia Emma (Sienna Guillory) y, de camino, se sorprende ante un novedoso invento: un coche que funciona gracias a un motor, no a los caballos.

Durante los siguiente cuatro años, Alexander pasa sus días calculando cómo viajar en el tiempo y construye una máquina del tiempo.

Su amigo David Philby (Mark Addy) lo invita a cenar cada semana, pero siempre recibe un no por respuesta.

Finalmente, Alexander consigue viajar a la noche que murió la chica y evita dar un paseo por el parque.

Mientras está en la tienda, observa como aquel coche motorizado que tanto le sorprendió avanza sin conductor porqué este no le ha puesto freno y asusta a un caballo que tira de un coche.

Alex, que ha viajado al futuro para saber más sobre los viajes en el tiempo, se asombra cuando lo único que encuentra son referencias a novelistas como H. G. Wells, Isaac Asimov o Harlan Ellison, e incluso algunos de sus propios escritos.

Llamándose a sí mismos los Eloi, estos sobrevivientes han construido sus casas en un acantilado en lo que antes era Manhattan.

Asimismo, le indica que existen otros clanes similares al suyo, cada uno gobernado por una mente psíquica suprema.

En ese momento ve cómo el líder envejece rápidamente y muere, mientras aún se aferra a la máquina del tiempo.

Entre ellas están: Los Morlocks (criaturas semihumanas que viven en el futuro) fueron creados usando actores en trajes con máscaras animatrónicas.

Para las escenas en las cuales tenían que correr sobre las cuatro extremidades, ILM creó diferentes criaturas por ordenador.

[4]​ Muchos críticos prefirieron la primera película y la novela original, alegando que la historia carecía del corazón de las creaciones anteriores.

Sin embargo, Ebert se refirió también al contraste en términos socio-raciales entre los atractivos Eloi en las dos películas y entre los Morlocks.