電影開始於理查正在為自己創作的劇本首演成功，跟合作伙伴們開心的討論，突然出現了一個老太太，緩緩走到他身邊，將一個懷錶交給他，說：「回到我身邊！」然後又緩緩離去。 

　　這奇異的一景讓全場靜默，很久以後才有人問理查：「你認得她？」理查說：「不，我不認得！」

　　鏡頭轉向這老太太，她回家，憂傷而沈默的回到自己房間放唱片，聽的音樂，正是電影主題曲「似曾相識」。 

　　一晃八年後，理查已經是知名劇作家，住在芝加哥。因為跟女友剛分手心情不好，決定出外散心。他不知不覺開車晃到一家有悠久歷史的著名旅館，一種莫名的好感讓他決定住下來。 

　　一天，他在等候進餐廳用膳時，看到這有悠久歷史的旅館有間展覽過去資料的展覽室，他隨意進去瀏覽，竟被一種神秘力量呼喚似的，讓他回頭看見一張美女的照片，他無法解釋的被這照片中的女子的笑容所吸引，以致於日日流連於這張照片之前。他詢問從小在這旅館長大的侍者那女子是誰？方知她是很久以前的有名舞台劇演員，名叫愛麗絲，曾於1912年在這間旅館的演藝廳表演過。 

　　但他無從解釋他何以被這照片如此強烈的吸引，於是決定去追查愛麗絲的過往。他從戲劇史記錄中看見一個奇怪的訊息：愛麗絲在演戲事業如日中天之際，突然因某種神秘原因退隱，失去了演戲的意願；更讓他大吃一驚的，他在雜誌中，看見愛麗絲死前最後一張公開的照片，竟是八年前叫他「回到我身邊！」的老婦。那老婦說這句話時交給他的懷錶，他至今仍帶在身上呢！ 

　　事情越來越神秘了。理查終於循線找到一直在照顧愛麗絲的女僕。女僕原本根本不想理會理查，但當理查拿懷錶給她看時，她大吃一驚，說：「這是她最愛的懷錶，怎會在你這裡？她過逝的那一天，懷錶也不見了。」理查是這樣得知那老婦八年前去找他之後，當晚便過世了。女僕並告訴理查說，正是在1912年旅館演藝廳戲劇表演之後，愛麗絲性情大變，從此活在自我的封閉世界中，生命變得很空虛。女僕並告訴理查，愛麗絲生前一直反覆讀的書，是理查大學教授寫的「在時間中旅行」這本書。 

　　到底愛麗絲發生了什麼事？何以理查一直覺得有一種神秘力量在牽引他和那張照片中的美女？ 

　　理查決定去找他的大學教授，問清楚如何回到過去？他要回到1912 年時的這間旅館，與愛麗絲相遇。

 　　當然，要回到過去並不容易，他照老教授的指導，費了九牛二虎之力，失敗很多次後，一時靈光乍現，決定去旅館舊閣樓找很那些堆積著的很舊很舊的資料，他要找的是1912年，愛麗絲演戲的那一天，住在旅館的旅客名單，他果真看到自己的名字。於是他修正了他回到過去的方法，將時間調向當年他住進旅館的時間。終於一次睡覺醒來，他發現自己成功了，他正在1912年、愛麗絲即將演戲的前一天。 

　　當他碰到愛麗絲時，愛麗絲很恍惚，問他：「是你嗎？」他也情不自禁回答：「是我！」他倆見面那一剎那，愛麗絲對他已一見鍾情了，而他，早在看她照片時也已一見鍾情。 

　　他倆的愛情遭遇到愛麗絲經紀人的攔阻。經紀人在愛麗絲毫無指望時收留了她，訓練她成為大明星，他看見愛麗絲的潛力，知道愛麗絲日後前途無可限量，憑他經紀人的經驗，他知道阻礙愛麗絲前途的，會是愛情的力量，一個女藝人是不可能兼顧事業與愛情的。因此他一再提醒愛麗絲，小心出現一個男人改變她的一生。當愛麗絲遇見理查以後，問她的經紀人：「是他嗎？」經紀人說：「只有妳自己知道。」 

　　愛麗絲情不自禁，他開始跟經紀人的阻撓對抗。愛麗絲在遇到理查以後徹底明白，理查的確改變了她的一生，現在她已經不能沒有他！愛麗絲甚至在演戲之中途，隨機轉變了戲碼台詞，即興演出一段她想對理查說的話：「我愛的人，他早已出現在我的夢中，在夢中最隱密的部分。現在他若出現，我要跟他說什麼呢？我要跟他說，你徹底改變了我的生命，我愛你。」 

　　這段表達感情的即興隨演，獲得滿場喝采，因為情感實在太真實了。成功演出後，旅館要留下這個大明星的照片作永遠的宣傳與紀念，愛麗絲當時已意態闌珊厭倦人際，只想趕快與理查相會，因此沒有笑容，負責照相的人跟愛麗絲說：「想點讓妳快樂的事！」沒想到就在此時，理查出現，愛麗絲露出幸福的微笑。照相機於此時按下快門！照相的人說：「「太完美了！」當然，這張照片就是長久掛在旅館資料室牆上的那張照片了。

　　愛麗絲的經紀人感覺危機重重，決定帶愛麗絲遠遠的離開。他私下跟理查見面，說：「你會摧毀她。」但理查說：「我也有對她十分好的動機，那就是愛！」 

　　愛麗絲不顧一切的留下來了。她和理查有非常美好的一天。而後，理查跟愛麗絲聊天之際，不小心掏出西裝口袋的錢幣，錢幣上寫著 1976，就在此時，理查消失了，回到了他原本所在的未來。 

　　一切謎底都揭開了。導致愛麗絲息影不再演戲、從此活在封閉的自我世界、生活徹底空虛的那樁神秘事件，正是理查的出現；而理查之所以看到照片便無法自拔的一見鍾情，是因為照片中那最完美的幸福笑容，正是對理查而笑的。理查出現，果真徹底改變了愛麗絲，也摧毀了愛麗絲的前途。因為他跟愛麗絲在不同的時空，兩人不能長相廝守。理查消失後，愛麗絲終生等候理查再出現，拼命研究時空之旅好回到過去、或進到未來，直到她八十多歲在戲院碰到還那麼年輕、對她完全沒有記憶的理查，知道一切都不再可能，便給了理查他消失時留在她手上沒帶走的懷錶，憾恨而死！ 

　　但理查回到過去與愛麗絲戀愛，也摧毀了理查，因為理查再也無法活在他所處的真實世界，他一直想回到過去，他想要繼續跟愛麗絲在一起，這也是愛麗絲息影多年後，一直反覆讀「在時間中旅行」這本書的原因。他們只能活在自我封閉的世界，一再徒勞無功的想在時間中旅行找到傾心相許的彼此。理查最後因一週絕食，死在旅館中。 

　　死亡解脫了他，他終於在永恆中遇見了愛麗絲，愛麗絲在那裡等他。