量古生物學家瑞克·馬紹爾（威爾·法瑞爾飾）提出時光旅行設想并獲得1500萬美元經費開發超光速粒子儀，卻因公眾嘲笑陷入低谷，在小學教書三年后偶遇劍橋學者霍莉（安娜·弗萊爾飾）。后者以遠古化石重燃瑞克的研究熱情，二人在助手威爾（丹尼·麥克布萊德飾）陪同下重返化石發現地進行時空穿越測試。皮筏漂流途中突發地震，三人被卷入神秘的史前世界，在遭遇劍龍、霸王龍等古生物襲擊后發現粒子儀仍具能量。經歷一系列驚險追逐與自然奇觀，他們最終利用儀器返回現代實驗室，但瑞克目睹化石生物存活證據后決定重返失落大陸繼續探索，霍莉則帶著研究數據返回劍橋。這場跨越時空的冒險揭示了地球生命演化的驚人真相，也重塑了科學界對史前文明的認知。