In un futuro prossimo una razza aliena, i Mimics, ha colpito la Terra con una forza così massiccia da non dare alcun tipo di speranza agli eserciti terrestri. Il tenente colonnello William "Bill" Cage è un funzionario dell'esercito che, senza alcuna esperienza di combattimento, viene catapultato in quella che pare una missione suicida. Egli infatti muore all'inizio della sua prima battaglia, ma si ritrova bloccato in un loop temporale, in cui è costretto a rivivere continuamente la medesima tragica sequenza di eventi, che culmina ogni volta con la sua morte. Cage trova un'alleata nella soldatessa Rita Vrataski delle Forze Speciali. Scontro dopo scontro, ciclo temporale dopo ciclo temporale, Cage e Vrataski aumentano la loro abilità di combattimento. Ogni battaglia che affrontano, li porta sempre più vicini alla vittoria, fino spezzare il ciclo temporale apparentemente senza fine.