Henry DeTamble (Eric Bana) sofre de uma rara modificação genética, que o faz viajar pelo tempo involuntariamente. Numa de suas viagens, ele conhece a pequena Clare (Rachel McAdams), que se apaixona por ele imediatamente. Anos após anos ela espera sempre…

Após a descoberta de uma controversa "cura", os mutantes podem escolher manter seus poderes super-humanos ou abdicar de seus dons exclusivos e tornarem-se "normais". Quando o pacifista líder mutante Charles Xavier diverge de seu oponente mutante Magneto, suas visões opostas…