1、1895年，美國紐約，哥倫比亞大學的副教授亞歷山大·哈德金博士（蓋·皮爾斯飾），人近中年卻仍抱有著孩童一般的好奇心和求知欲，滿腦子旁人看來稀奇古怪的理論。這些理論從來得不到校長的賞識，總是被看作“不切實際的幻想”而打入冷宮。縱使如此，亞歷山大還是決定自行建造一部時間機器來向世界證明人類完全可以在時空中穿梭旅行。
2、為瞭避免冒然改變過去所可能造成的邏輯混亂和時空崩塌，哈德金全力著手飛向未來的計劃。整個建造過程都進展得非常順利，親手建造的機器終於完美地啟動，時間如流水般劃過，世界以驚人的速度變化，時間旅程展現出一幅幅奇麗而又壯觀的景象。時間機器載著他成功地抵達瞭第一個目的地——2005年的紐約。
3、時間機器的降落地點已經不是他出發時的實驗室，紐約周遭環境的改變更是讓他大吃一驚。公眾圖書館變成瞭徹底的虛擬真人交互式訪問系統。人們所熱衷談論的，是關於在月亮上建立新殖民地的雄偉計劃。受到科學傢本能的好奇心趨使，亞歷山大迫不及待地動身前往另一個未來——2007年。的確，沒有什麼比看到人類成功殖民月球更激動人心的瞭。
4、誰也沒有料到，在未來等待著他的是如此難以想象的險境。人類的殖民計劃出瞭大問題，肉眼就可以察覺天空中的月亮已經變得比過去大得太多。事實上殖民計劃給月亮帶來不可逆轉的傷害，月球的運行軌道正在下降，很快將墜入地球。來自月亮的碎片轟擊著紐約的曼哈頓區，人們匆忙逃入建立在地下的防空洞中想躲過這場大災難。
5、為瞭逃離可怕的地球生物浩劫，亞歷山大調整他的機器來到年代更加久遠的802701年。當然，跨越一個冰河紀的地球早已徹底改變瞭模樣。不過人類頑強的生命力似乎使一部分人熬過瞭浩劫，生存下來。他首先遇到瞭和平、友好、溫和有禮貌的伊洛（Eloi）人。不過就在亞歷山大以為地球的一切已經恢復瞭正常的時候，他們卻又遭遇到穴居地底、近乎於怪獸、以捕獵伊洛人為生的莫洛克（Morlock）人。
6、為瞭解救被莫洛克人擄走的伊洛人瑪拉（薩曼莎·穆巴飾），亞歷山大隻身犯險，前往尋找莫洛克人的巢穴。在路上他得到瞭生化機械人沃克斯（奧蘭多·瓊斯飾）的幫助，來到瞭被奉為神聖遺跡的紐約地下鐵。在這個充滿諷刺的地方，亞歷山大卻發現瞭隱藏在莫洛克人和伊洛人背後的邪惡秘密。
