Une théorie prétend que si l'on pouvait retourner dans le passé et changer quelques détails de notre vie, tout ce qui en découle serait modifié. On appelle cela «l'effet papillon». Evan Treborn a cette faculté. Fasciné, il va d'abord mettre ce don au service de ceux dont les vies ont été brisées dans leur enfance. Il peut enfin repartir dans le passé et sauver la seule jeune fille qu'il ait jamais aimée. Mais Evan va découvrir que ce pouvoir est aussi puissant qu'incontrôlable. Il va s'apercevoir que s'il change la moindre chose, il change tout. En intervenant sur le passé, il modifie le présent et se voit de plus en plus souvent obligé de réparer les effets indésirables de ses corrections...

Chez les Tenenbaum, les enfants ont toujours été des génies. Tout jeunes, Chas était déjà un maître de la finance, Margot une dramaturge exceptionnelle et Richie un joueur de tennis hors pair. Mais un jour, Etheline, leur mère, demande le divorce. Elle ne supporte plus le caractère égoïste de Royal Tenenbaum, son mari. Cette crise familiale a une influence négative sur le développement personnel de leurs progénitures.Vingt ans plus tard, Royal écume les palaces, Etheline s'adonne à l'archéologie, Chas tente d'élever ses deux fils après la mort de son épouse, Richie est un champion déchu et Margot s'est marié avec un psy. Le père Tenenbaum annonce bientôt à ses enfants qu'il ne lui reste plus longtemps à vivre. Il souhaite se réconcilier avec eux et les invite dans la maison familiale en prétextant une grave maladie.