蝶の羽ばたきが遠く離れたところで嵐を起こす。。それがバタフライエフェクト。カオス理論。カオスとは無秩序、混沌。
主要登場人物4名は幼馴染。
エヴァン：主人公のイケメン男子。親からの遺伝で特殊な能力を持っている。
ケイリー：ヒロイン。少女時代親からの性的虐待を受けていた。初恋の相手はエヴァン。
トミー：ケイリーの兄。背が低い。粗暴で残虐な性格。映画の後半は別人格。
レニー：ぜんそく持ちのふとっちょ。オタク。少年時代のトラウマが深い。
エヴァンの少年時代の記憶は、ところどころぶっ飛んでいるところがある。なぜかと言えば、青年になった自分が少年時代に乗り移ってきていたから。不幸な現実を変えるために、何度も過去に戻っていた。過去に戻るたびに不幸になっていくが、最後に最良の選択をして映画は終わる。
【ケイリーが自殺】
大学で心理学を専攻しているエヴァン。成績優秀で教授からの評価も高い。ふと少年時代の日記を読んで、ケイリーのことを思い出して会いに行く。場末のレストランでウェイトレスをしているケイリー。小さいころにケイリーの父親がロビンフッドの映画の撮影と称して、ケイリーとエヴァンを裸にして。。記憶がないエヴァンはその詳細を聞きに来たのだが、性的虐待されていたケイリーはその苦い記憶を思い出して翌日自殺。
【エヴァンがトミーを殺害】
エヴァンは過去に戻って、映画を撮影するケイリーの父親に性的虐待をやめるように言う。ケイリーへの虐待がなくなった反面、兄のトミーへの暴力を受けることになり狂暴な男になる。大学生のエヴァンとケイリーはラブラブ。刑務所から出てきたトミーが2人の仲をさこうと現れる。エヴァンは殴られながらも反撃に出て、恨みの余りトミーを殺して刑務所行き。刑務所での過酷な状況から何とか逃れて過去に戻る。
【今度はレニーがトミーを殺害】
エヴァンはトミーが愛犬を焼き殺そうという場面に戻り、以前犬を詰め込んだ麻袋を開けられなかった経験から、近場にあった鋭利な武器をレニー渡す。エヴァンの説得でトミーが落ち着いたと思ったところで、レニーがトミーを殺害。レニーは精神病院で監禁状態となってしまう。二度も殺されてしまうトミー。
【腕がないエヴァン】
ポストに爆弾を仕掛けて、そこに戻ってきた母子が死亡してしまう場面に戻る。それさえなければと考えて、ポストに近づく母子を制止したエヴァンは爆発をもろに受けて腕を吹っ飛ばされて身体障害者になる。ケイリーとレニーがラブラブ。極悪人だったトミーは母子を救って以来善行に目覚めて、いい人になっていてエヴァンの世話を焼いたりしている。自分（エヴァン）が不幸過ぎて耐えられずに。。
【ケイリーが爆死】
映画撮影の場面に戻る。ダイナマイトさえなければと考えて、その場でダイナマイトに火をつけてその場でなきモノにしようとするが、手が滑ってケイリーがそれを拾って爆発。その影響でエヴァンは精神病院に入院している。過去に戻るための日記は手元にない。父親は「過去に戻るためにアルバムを必要としていた」ということを母親から聞かされていたエヴァンは、古いホームビデオを母親に持ってきてもらう。エヴァンとケイリーが初めて出会ったホームパーティーの映像を見て、過去に戻った。
【誰も不幸にならないけれども。。】
ホームパーティーで初対面のエヴァンとケイリー。この時点で、ケイリーがエヴァンを初恋の人と見定めたことを以前ケイリー本人から聞いていた。エヴァンは言う。「俺に近づくな。近づいたら家族もろとも殺すぞ」。エヴァンとケイリー（トミーを含む）はそれ以来接点がなく、誰も不幸にならない状態となる。青年のエヴァン（とレニー）は日記やホームビデオを燃やして、二度と過去に戻れないようにする。それから8年。大人のエヴァンとケイリーは街の雑踏ですれ違う。双方が何かに気付いて振り返るがそのタイミングが合わずに、そのまま逆方向に歩いていく。ちょっとした接点があるも、その後もずーと知り合うこともなく別の人生を歩くのだった。