Surpris par un orage, dix étrangers - une ancienne star de la télé et son chauffeur, un policier qui escorte un tueur, une call-girl, deux jeunes mariés, un couple avec un enfant - se retrouvent par hasard au Golden Palm Hotel, un motel situé en plein désert. Au cours de la nuit, ils se font assassiner les uns après les autres. Pour les survivants, c'est le début d'un terrible cauchemar, chacun soupçonnant l'autre.Peu à peu, ils s'aperçoivent qu'ils ont tous quelque chose en commun. Ils vont devoir chercher, dans la personnalité et la vie de chacun, le mobile du tueur et par déduction trouver l'assassin.

Une théorie prétend que si l'on pouvait retourner dans le passé et changer quelques détails de notre vie, tout ce qui en découle serait modifié. On appelle cela "l'effet papillon". Evan Treborn a cette faculté. Fasciné, il va d'abord mettre ce don au service de ceux dont les vies ont été brisées dans leur enfance. Il peut enfin repartir dans le passé et sauver la seule jeune fille qu'il ait jamais aimée.Mais Evan va découvrir que ce pouvoir est aussi puissant qu'incontrôlable. Il va s'apercevoir que s'il change la moindre chose, il change tout. En intervenant sur le passé, il modifie le présent et se voit de plus en plus souvent obligé de réparer les effets indésirables de ses corrections...