La película está protagonizada por Guy Pearce como Alexander Hartdegen, un brillante matemático que espera utilizar las primeras teorías de Einstein para construir una máquina del tiempo. Está enamorado de la bella Emma (Sienna Guillory), pero la misma noche en que propone matrimonio ocurre una tragedia y jura viajar en el tiempo en su nueva máquina y cambiar el curso de la historia.
La máquina, que falta tanto como un cinturón de seguridad, consta de esferas giratorias que rodean un sillón de club victoriano. Los prácticos manómetros de latón giran para registrar la fecha actual. La velocidad y la dirección se controlan mediante un joystick. La Máquina del Tiempo tiene una extraña habilidad para moverse en perfecta sincronización con la Tierra, por lo que siempre aterriza en la misma ubicación geográfica, a pesar de que en el futuro grandes trozos de luna (o el todo, según la futura raza de Eloi) cayó a la Tierra, lo que debería haber tenido un efecto en la órbita. Dado que sería inconveniente para una máquina del tiempo materializarse millas en el aire o en las profundidades del subsuelo, eso es igual de bueno.
No discutiremos aquí las paradojas de los viajes en el tiempo, ya que tal discusión hace imposible cualquier película de viajes en el tiempo. Hablemos de un viaje imprevisto, que Hartdegen lleva hasta 8.000 siglos hacia el futuro, cuando el Homo sapiens se dividió en dos, entre los Eloi y los Morlocks. Los Morlocks evolucionaron bajo tierra en la Edad Media después de que cayó la luna y atacaron la superficie atravesando abismos polvorientos. Cazan a los Eloi para alimentarse. Los Eloi son una atractiva raza de personas de piel oscura cuya civilización parece seguir el modelo de las pinturas de Rousseau; su vida es un idilio de frondosos barriles, cascadas y elegantes estructuras forestales, pero son tan fatalistas con los Morlocks que en lugar de luchar contra ellos, todos se sal y pimienta entre sí.
Alexander conoce a una hermosa mujer Eloi llamada Mara (Samantha Mumba) y su robusto hermano menor, se hace amigo de ellos y finalmente va al inframundo para tratar de salvarla. Esto lo pone en contacto con el Uber-Morlock, un Jeremy Irons con cara de tiza, que no aprendió la lección después de interpretar a un mago malvado llamado Profion en «Dungeons & Dragons». En líneas generales, este mundo futuro corresponde al retratado en la película de 1960 de George Pal «La máquina del tiempo», aunque su raza Eloi, rubia y de ojos azules, se ha transformado en gente oscura del sol. Sin embargo, existe una tendencia a cuestionar los romances entre personas nacidas con 800.000 años de diferencia y que tienen poca conversación sobre otros temas además de no ser devorados. Convenientemente, cuando la humanidad se dividió en dos razas diferentes, sus dos ramas continuaron hablando inglés.
