Año 2035. Tras el azote de un virus que asola la Tierra matando a millones de personas, los supervivientes se refugian en comunidades subterráneas, húmedas y frías. El prisionero James Cole se ofrece 'voluntario' para viajar al pasado y conseguir una muestra del virus, gracias a la cual los científicos podrán elaborar un remedio. Durante el viaje conoce a una bella psiquiatra y un excepcional enfermo mental. Cole tratará de encontrar al 'Ejército de los Doce Monos', un grupo radical vinculado a la enfermedad.