影片讲述在一1904年的中东沙漠地带，一名美国寡妇（坎迪斯·伯根饰）及她的儿女被阿拉伯大盗头子绑架，导致美国政府紧张不已，罗斯福总统决定派兵将她夺回。最后寡妇以行动感化了大盗头子（辛康纳利饰），免却了一场杀身之祸。
本片根据美国畅销作家丹•布朗的同名小说改编。欧洲核子中心的科学家维多利亚•维特勒（阿耶莱特•祖瑞尔AyeletZurer饰）与父亲在高速粒子对撞机实验中收集到了反物质，却发现父亲遇害，尸体胸口被烙“光照派”符号，高爆炸性的反物质被偷走，出现在正待选新教皇的罗马梵蒂冈，威胁天主教廷及整个罗马的安危。于此同时，四位主要教皇候选人的红衣主教神秘失踪。在教皇内侍（伊万•麦克格雷格EwanMcGregor饰）的授意下，哈佛大学的符号学专家罗伯特•兰登教授和维多利亚都被请到梵蒂冈协助罗马警察开展搜寻行动。兰登说服罗马总探员奥利维迪（皮耶法兰西斯柯•法维诺PierfrancescoFavino饰）依照“土、气、火、水”的提示在罗马的名胜教堂间与“光照派”展开了时间战……
亚历山大（盖·皮尔斯GuyPearce饰）博士是一位狂热的科学爱好者，他一直想证明时间旅行是可行的，并将全部的精力都投放到了时间机器的研究中。可是一天，未婚妻的意外离世让他悲愤不已，并加紧了时间机器的研制，希望能重返过去，拯救未婚妻的生命。时光机研制成功，亚历山大成功穿越到了过去，亲眼目睹了未婚妻的意外事故。可是无论他回到过去多少次，都没有办法救回未婚妻，未婚妻都会因为各种意外事故身亡。问题，到底出在了什么地方？亚历山大为了解开这个谜，将寻找答案的希望放在了过去。不停的穿越，不停的前往未来寻找答案……直到八十万年后的地球，亚历山大发现，人类已经进化到跟现在完全不一样。而那时的地球上分为了两个派系爱好和平的伊莱人和好战的莫洛人，为了帮助伊莱人摆脱莫洛人的统治，亚历山大不惜毁掉时光机，而他也发现了最终的秘密。
