En 1989, Mike O'Donnell (Zac Efron), âgé de 17 ans, apprend, au début de son match de basket-ball au championnat du secondaire, que sa petite amie Scarlet Porter (Allison Miller) est enceinte. Quelques instants après le début de la partie, il quitte le jeu et rattrape Scarlet, abandonnant ses espoirs d'aller à l'université et de devenir un joueur de basket professionnel.
En 2058, l'Humanité, proche de sa fin par manque de ressources, s'est réunie au sein de la Force Spatiale Globale Unie afin de lancer la colonisation spatiale. La famille Robinson, famille d'éminents scientifiques, est envoyée dans l'espace à bord du vaisseau Jupiter 2 pour procéder à la construction d'une porte hyperspatiale à proximité de la planète Alpha Prime afin de lancer la colonisation de celle-ci et sauver l'humanité. Mais le Dr Smith — agent du groupe insurrectionnel terroriste "Sédition Globale", qui veut faire échouer le projet — a réussi à pénétrer dans le vaisseau avant son départ et à saboter le robot responsable de la sécurité de la famille. Ce sabotage conduit le vaisseau à s'écarter de sa trajectoire et à foncer droit sur le Soleil. En ultime recours, l'équipage provoque un saut non contrôlé en hyperespace et se retrouve dans un espace et un temps inconnus, le saut ayant propulsé Jupiter 2 dans le futur et dans un système stellaire totalement inconnu et extrêmement dangereux.
En 2285, au cours de leur mission de sauvetage sur Genesis, l’Enterprise a été détruit. C'est donc aux commandes d'un oiseau de proie Klingon volé que Kirk, Spock, McCoy, Sulu, Uhura, Chekov, Scotty et Saavik sont revenus sur Vulcain.
Deux enfants, Meg et le benjamin mais non moins précoce Charles Wallace, vivent avec leur mère scientifique. Leur père, lui aussi scientifique, a mystérieusement disparu depuis 4 ans.
En 1939, aux États-Unis. le capitaine Daniel McCormick, pilote d'essai de l'armée de l'air, teste des prototypes de bombardiers. Lorsque sa fiancée Helen tombe dans le coma après un accident, les médecins ne lui laissant aucune chance de jamais en sortir, il contacte son ami Harry Finley, qui travaille sur une expérience de cryogénisation, le « projet B ». McCormick se porte volontaire pour l'expérimentation humaine afin d'échapper à la douleur de voir Helen mourir sous ses yeux.
Un adolescent américain, Jason Tripitikas (Michael Angarano), est fan de cinéma hongkongais et des classiques de Kung-fu. S'il connaît tout du Kung-fu, il ne le pratique pas. Un soir, agressé par une bande de voyous, il fait ouvrir la porte du magasin de Chinatown où il achète ses films. Le vieux commerçant chinois est blessé par balle par le chef de la bande. Avant que Jason ne s'enfuie, menacé à son tour par le voyou, le vieil homme lui confie la mission de restituer un bâton en fer somptueusement sculpté (bô) à son propriétaire. Arrivé sur le toit de l'immeuble, il se sent soudain entraîné par l'arme ; propulsé dans le vide, il se retrouve dans un autre lieu, un autre temps.
18 septembre 2017. Theresa « Tree » Gelbman, une étudiante membre de la sororité Kappa, se réveille le jour de son anniversaire dans la chambre de Carter Davis, un étudiant l'ayant aidé après son énorme cuite de la nuit dernière. Tree, assez superficielle, repousse Carter, refuse les appels de son père, couche avec son professeur, le docteur marié Gregory Butler, et se comporte mal avec sa colocataire, l'infirmière Lori Spengler, même quand cette dernière essaye de lui faire une surprise pour son anniversaire. Dans la soirée, Tree se rend à une fête organisée plus loin dans le campus. Sur le chemin, elle est attaquée et violemment assassinée par un homme portant le masque de bébé de la mascotte de l'université. Tree se réveille aussitôt dans la chambre de Carter et se rend compte bientôt qu'elle est en train de revivre la même journée. Après s'être faite assassiner une seconde fois, Tree comprend qu'elle est bloquée dans une boucle temporelle.
New York, 1899. Alexander Hartdegen, brillant professeur à l'université Columbia est obsédé avec le voyage à travers le temps. Il croit que c'est théoriquement possible et, dans ses classes à l'université, il entre parfois en conflit avec d'autres professeurs par sa pensée libre. Il maintient une correspondance sur le sujet avec Albert Einstein lui-même, un employé de l'époque à l’office des brevets en Europe.
En 2293, les officiers de Starfleet à la retraite James T. Kirk, Montgomery Scott et Pavel Chekov sont invités à l'inauguration du nouveau vaisseau : l’Enterprise NCC-1701-B. Lors de la parade le navire reçoit un appel de détresse de deux vaisseaux transportant des réfugiés El-Aurian, dont la planète vient d'être ravagée par les Borgs, pris au piège dans le Nexus, un ruban énergétique mystérieux. L'opération de sauvetage tourne mal : seulement 47 personnes sauvées. Parmi elles un scientifique El-Aurian, Tolian Soran. Si l'Enterprise B est sauvée, le capitaine Kirk est porté disparu et considéré comme mort au combat.
Michael Jennings est un ingénieur spécialiste en rétro-ingénierie qui travaille sur des dossiers confidentiels et des techniques de pointe. Par contrat, sa mémoire est effacée après chaque mission et il oublie tout ce qui s'est passé dans ce laps de temps. Il accepte un contrat de trois ans qui devrait lui permettre de gagner suffisamment d'argent pour prendre sa retraite. Mais une fois sa mémoire effacée, il découvre qu'il a renoncé à l'argent en échange d'une simple enveloppe contenant des objets dérisoires, et constate que le FBI et des tueurs privés sont à ses trousses. En cavale, il va essayer de reconstruire le puzzle des trois années écoulées.
Année 2006. Kate est médecin dans un hôpital et elle est passionnée par son métier. Pour se ressourcer, elle part de temps en temps loin de la ville, dans une petite maison qu'elle a louée au bord d'un lac. Après son dernier séjour, elle laisse un message dans la boîte aux lettres pour le futur locataire avec son adresse, au cas où un retour courrier serait nécessaire.
Russell Duritz est conseiller en images. Si sa vie professionnelle est bien remplie, il en est tout autrement de sa vie personnelle. En effet, la veille de ses quarante ans, il n'est pas marié, pas fiancé, vit seul sans enfants et sans animaux de compagnie. Pourtant ce même jour, il voit arriver dans son salon un enfant de huit ans, Rusty. Russ découvre que Rusty n'est autre que lui-même lorsqu'il était enfant. Après avoir dans un premier temps fait passer Rusty pour son neveu, il avoue la supercherie à sa collaboratrice. Il accepte de faire de lui, le garçon d'honneur du mariage de Kenny, l'un de ses amis et en échange, Kenny lui donne des cours de boxe pour lui apprendre à se défendre. Par ailleurs, Rusty est vexé de découvrir qu'il n'a pas de chien et qu'il n'est pas devenu pilote à 39 ans. Un souvenir de Rusty va cependant être changé grâce à Russ et Kenny. Le jour de son huitième anniversaire, il avait été tabassé par des voyous qui avaient attaché un chien ne possédant que trois pattes. Mais la boxe lui ayant servi, il parvient à se venger et à tabasser l'un des voyous. Mais cet incident n'était en fait pas si bénéfique que cela, car Rusty dont la mère est très malade, s'est éteinte quelque temps plus tard. Au restaurant, Russ et Rusty fêtent leurs anniversaires respectifs lorsqu'ils rencontrent une version plus âgée d'eux-mêmes, un pilote de soixante-dix ans, qui a acheté un chien et a fondé une famille.
Reggie, une dinde domestique incompris de son troupeau et essayant comme il le peut de faire prendre conscience à ses congénères de leur situation de volaille élevé spécifiquement a un seul but, servir de repas lors de Thanksgiving, voit sa vie changée lorsqu'il est choisi parmi des centaines de dinde par le Président et sa fille pour être la seule dinde épargnée pour le "Pardon de la dinde". Emmené à la maison du président, Reggie s'adonne alors avec joie aux benefices du luxe et du confort. Cependant, vient un soir où Jake, une autre dinde, costaude et semblant être un peu bizarre, le kidnappe et lui dit que lui et Reggie ont été choisi par une dinde nommée "Le Grand dindon" afin de sauver non pas une ni dix ni une centaine, mais toutes les dindes. Pour cela, il leur faudra remonter le temps, en 1621, avant le premier jour d'action de grace, afin d'éliminer les dindes du menu. Y parvenant grâce a une machine temporelle que l'armée américaine testait nommée S.T.E.V.E, les deux compères se retrouvent en pleine colonisation et rencontrent une colonies de dindes de l'époque, et doivent faire face au terrible chasseur Myles Standish, bien décidé à chasser les dindes pour la rencontre prochaine avec les indiens, organisée par le gouverneur Bradford. Reggie, quant à lui, d'abord peu concerné et intéressé par cette mission, va rencontrer Jenny, la fille du chef de la colonie Broadbeak, et petit a petit deviendra amoureux d'elle, et décidera de tout faire en sorte d'accomplir sa mission afin de conquérir son cœur.
Jim Hawkins est un jeune homme qui rêve d'aventure depuis tout petit. Un jour, un reptile humanoïde gravement blessé atterrit près de l'auberge de sa mère et lui remet un drôle d'objet en forme de sphère avant de mourir. Il est bientôt suivi par une horde de pirates et Jim, sa mère et le docteur Doppler, un client de l'auberge et ami de la famille, sont obligés de s'enfuir. L'auberge est détruite. Jim découvre alors que la sphère est en fait la carte du « Butin de mille univers » du plus célèbre pirate de tous les temps, le Capitaine Nathaniel Flint. Le docteur Doppler décide de monter une expédition pour retrouver cette planète. Arrive le jour du départ. Jim monte en tant que mousse sur le RLS Héritage du Capitaine Amélia; il doit assister le cuisinier, John Silver, un cyborg. Une relation paternelle va se créer entre ces deux personnages, Jim Hawkins comblant le manque affectif causé par l’abandon de son père. Mais Jim va bientôt s'apercevoir que celui-ci est à la tête d'une mutinerie pour récupérer le trésor.