们为了追查当年病毒扩散的原因，让囚犯詹姆斯·科尔（James Cole，布斯·韦利士饰演）作为志愿者通过时间旅行回到1996年去调查，线索是该年一则提及「12猴子军团」的电话留言录音，并设法阻止事件的发生。第一次传送出现错误，科尔被送到1990年的巴尔的摩。因为他向人们描述6年后将有50亿人口死于一场病毒灾难，而被精神病医生凯瑟琳·雷莉诊断为精神分裂和幻想症，并送入了精神病院。幸好科学家们将他传送回了2035年。随后，科学家们又一次将他传送回1996年，科尔发现病毒的发源地是在费城。他挟持了凯瑟琳开车送