Il Capitano Colter Stevens (Jake Gyllenhaal) è costretto, suo malgrado, a rivivere gli ultimi 8 minuti di vita del passeggero di un treno che esploderà. Si risveglia all’improvviso senza sapere dov’è. Di fronte a lui c’è Christina (Michelle Monaghan) che gli sorride, ma lui non ha la più pallida idea di chi sia. In uno specchio vede il volto di un altro uomo e in tasca ha la carta d’identità di un tranquillo insegnante di scuola. Nel frattempo una donna in uniforme (Vera Farmiga) gli impartisce ordini da un monitor. A sua insaputa è impegnato in una missione militare ad alto rischio per scoprire il colpevole di un attentato che poche ore prima ha fatto migliaia di vittime. Poche ore prima, appunto… Colter è dentro il programma top-secret Source Code che gli permette di andare indietro nel tempo, per evitare il disastro. Ma ogni volta ha solo pochi minuti per raccogliere stralci di prove. Solo 8 minuti…