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Nel 1988, diverse persone muoiono simultaneamente per emorragia a Philadelphia, disintegrando il loro cervello e causando una massiccia perdita di sangue. L'agente di polizia Thomas Lockhart e il suo collega Maddox indagano sul caso insieme al cognato di Lockhart, il detective Holt. Lockhart conclude che le morti sono collegate quando trova ferite simili su ogni vittima. Lockhart e Maddox trovano una vittima di aggressione con le stesse ferite; la donna descrive il suo aggressore come una donna di colore con una mano ferita prima di morire. Lockhart e Maddox trovano la sospettata e la inseguono in una metropolitana, dove lei sottomette Maddox. Quando Lockhart la affronta, la sospettata rivela alcuni dettagli della sua vita, tra cui che sua moglie partorirà quel giorno. La donna predice la propria morte poco prima della lotta, che si conclude con un treno che la colpisce e la uccide. Anche se confusa per i molti dettagli inspiegabili, la polizia chiude il caso. Nel frattempo, la moglie di Lockhart muore durante il parto.

Nove anni dopo, nel 1997, un apparente imitatore inizia un'altra serie di omicidi. Lockhart, ora detective che si occupa della giovane figlia Amy, non riesce a trovare alcun movente o collegamento apparente tra le vittime. Lockhart riconduce le chiavi recuperate nel 1988 a un velivolo prodotto nel 1996. Naveen Rao, un fisico, insiste che questa è la prova del viaggio nel tempo, ma Maddox e Lockhart lo ignorano. Dopo aver rintracciato l'emulatore in un campo d'aviazione, Lockhart rimane scioccato nel trovare la stessa sospettata del 1988, che è viva e non è invecchiata. La donna uccide involontariamente Maddox e prende in ostaggio Lockhart, rivelandogli ancora una volta informazioni sulla sua vita che non poteva conoscere. Dopo averlo messo in guardia, scompare.

Nel 2006, Lockhart è un investigatore privato ossessionato dalla soluzione del caso, che ora crede coinvolga i viaggi nel tempo e il dottor Rao, che è scomparso. L'adolescente Amy vive con Holt e Lockhart mantiene con lei solo contatti occasionali. Lockhart scopre una vittima non registrata degli omicidi del 1988 e fa visita alla moglie della vittima, che rivela che il marito era a capo di un gruppo di milizia nazionalista bianca. Lockhart incontra Holt e avanza la teoria secondo cui il sospetto sta tornando indietro nel tempo mentre loro vanno avanti, uccidendo ogni membro del gruppo terroristico, ma Holt respinge la teoria e insiste perché Lockhart si faccia aiutare da uno psichiatra. Lockhart ruba il distintivo di Holt, lo usa per fingersi un agente di polizia e rintraccia l'ex fidanzata del leader nazionalista bianco, arrivando a casa sua e scoprendo che è stata uccisa dal sospettato. Lockhart insegue il sospettato e lo ferisce alla mano con un proiettile prima di scomparire in una macchina del tempo. Lockhart viene arrestato da Holt mentre un invisibile Rao lo osserva.

Nel 2015, mentre aspetta la donna sulla spiaggia, Lockhart ascolta un messaggio vocale di Amy che gli chiede di venire alla nascita di suo figlio. Improvvisamente, viene rapito da Rao. Rao ammette di aver sviluppato la tecnologia che la donna usa per uccidere le sue vittime, un'iniezione i cui effetti possono essere attivati a distanza nel tempo. Dice che ora crede che la sua causa sia giustificata e che lei uccide solo coloro che hanno ispirato gli autori di una terribile tragedia. Lockhart scappa da Rao e affronta la donna, che si rivela essere Rya, la figlia di Amy e sua nipote.

Nel 2042, Lockhart convinse una Rya di 27 anni ad accettare la missione dopo che il terrorismo del gruppo di miliziani aveva scatenato una nuova guerra civile nel 2024. Rya viaggia all'indietro nel tempo, apparendo ogni nove anni in ordine cronologico inverso. Dal suo punto di vista, gli eventi del 2006 non si sono ancora verificati e la sua mano non è ancora stata ferita. Sopraffatto dal senso di colpa per aver causato la morte della nipote, Lockhart confessa di averla uccisa nel 1988. Convinto che la sua causa sia giusta, le permette di portare a termine la sua missione. Nel 2024, un anziano Rao attiva le iniezioni, uccidendo gli obiettivi di Rya e cancellando la sua linea temporale dall'esistenza. Tornato nel 2015, Lockhart si riunisce alla sua famiglia e si gode la possibilità di un nuovo futuro con sua nipote.