2073年。軍はタイムトラヴェルを利用して100年前の世界に探査用ロボットを送り込む実験を内密に計画、実行した。人間の居住地域から離れた砂漠に予定どおりロボットは到着したが、偶然にもそこでキャンピングカーに乗った家族と遭遇したことでタイムパラドックスが生じてしまう。プロジェクトのリーダー、ニコラス・シンクレア（リチャード・キーツ）は自ら過去へタイムトラヴェル、遭遇の現場をおさえ、奮闘のあげくロボットを破壊、未来へ戻る。ところが、彼が戻った未来は一変していた。人間はAPEX（エイペックス）と呼ばれる殺人ロボット軍団と果てしない闘争を続け、しかも全人口の90％が死のウィルスに冒されているという殺伐たる世界だったのだ。呆然とするシンクレアだったが、彼はこちらでも科学者であり、シェパード、テイラーという男たちとチームで行動を共にしていること、さらにエイペックスとはシンクレアらが作り上げたあの探査用ロボットであることなどがわかると、実験の失敗を修正することで、元の世界へ戻る計画をたてる。彼はウィルス感染者の中に、もといた世界では妻のはずの女性ナターシャ（リサ・アン・ラッセル）を見つけ、強引にチームに引き入れ、この世界では磁気異常の場所と認知される研究所跡へと向かう。ほとんど死地へ赴くに等しい任務に付き合わされたチームの仲間の冷たい態度と度重なるエイペックスの襲撃を何とかかわし、研究所にたどりついたシンクレアは、そこがあのタイムトラヴェルの施設であることを確認し、意図的にそこにナターシャと残る。はじめはすげなかった彼女も、シンクレアには打ち解けるようになり、チームの仲間が研究所から一旦引き返したあと二人は結ばれる。シンクレアの修正作業が進むにつれ、研究所のみならずその世界は確実に消滅をはじめる。エイペックスによる研究所への攻撃とそれによるナターシャの死、事態の異常さを受け入れられないシェパードらの妨害を乗り越え、シンクレアは稼働をはじめたタイムトラヴェルのゲートの中に飛び込む。こうして彼は無事元の世界へ戻り、実験の失敗を阻止し、妻との再会を果した。