Stillman est un jeune physicien surdoué, aussi brillant en physique quantique que maladroit en amour. Lorsque sa petite amie Debbie le quitte, lassée par son caractère rigide et obsessionnel, il construit une machine à remonter le temps pour corriger ses erreurs passées. Avec l'aide de son meilleur ami Evan, il retourne inlassablement sur les moments clés de leur histoire pour tenter de sauver leur couple. Mais à force de vouloir rendre chaque instant parfait, Stillman va découvrir que le passé est bien plus complexe qu'il ne l'imaginait.