未來世界陷入外星人入侵的恐慌中，軍事演說家凱奇少官（湯姆·克魯斯飾）畏懼上戰場，被將軍（布萊丹·格里森飾）以逃兵罪名發配至J小隊參與"諾曼底戰役"。首次參戰的凱奇在當天慘死戰場，意外覺醒時空循環能力——每當死亡后時間就會重置回戰役前日清晨。唯一記得每次循環經歷的是被稱為"全金屬戰士"的麗塔·沃拉塔斯基（艾米莉·布朗特飾），兩人開始協同作戰。通過不斷重復死亡與重生，他們發現外星種族"密基利恩"存在控制時間流動的"主腦"歐米茄，而其下屬作戰單位阿爾法具有傳遞記憶的能力。為摧毀主腦必須讓凱奇保持循環狀態，這個殘酷真相迫使麗塔在每次重置后重新承受失去戰友的痛苦。隨著戰術配合日益默契，凱奇逐漸從怯戰者蛻變為戰術指揮官，在最后一次循環中成功突襲主腦所在巢穴并將其消滅，最終與麗塔共同蘇醒在戰役勝利的清晨。