Em um futuro próximo, a raça de alienígenas Mimics invade a Terra e reduz enormes cidades a escombros, deixando milhões de vítimas. Mesmo após inúmeras tentativas fracassadas de defesa, o exército se reúne para mais uma ofensiva contra os aliens. O tenente-coronel Bill Cage (Cruise) é um soldado que nunca esteve em combate e acaba sendo enviado para uma missão suicida. Nela, ele é morto juntamente ao alienígena Alpha. Porém, algo acontece já que o contato físico com o alien o prende em um looping no tempo, no qual ele revive e é obrigado a passar pela mesma experiência, dia após dia.