Tak ada seorangpun yang bisa kembali ke masa lalu untuk memperbaiki kesalahan yang ia perbuat, karena manusia tidak bisa menjadi Tuhan.
Evan (Ashton Kutcher) sejak kecil selalu mengalami keadaan dimana dia tidak bisa mengingat beberapa kejadian yang baru saja ia alami, semua pengalaman itu ia tulis didalam sebuah buku harian. Andrea (Melora Walters), ibu Evan, berusaha untuk menyembuhkan "penyakit" anaknya, pada awalnya ia beranggapan ada gangguan fungsi otak pada anaknya namun vonis dokter yang merawat Evan lebih berasumsi pada gangguan mental dan psikologis.
Evan pun mengalami kebuntuan memori pada kisah kisah masa kecilnya, yaitu: peristiwa di ruang bawah tanah bersama Kayleigh, Evan, dan ayah Kayleigh dan Tommy, kemudian peristiwa peledakan kotak surat yang mengakibatkan trauma pada Lenny, lalu ada peristiwa pembakaran anjing yang dilakukan oleh Tommy, serta kepindahan Evan dan ibunya ke kota lain. Semua peristiwa itu ditulis Evan ke dalam buku diarynya namun dia tidak ingat detail dari peristiwa tersebut.
Peristiwa tersebut kemudian membuat Evan memutuskan untuk mengetahui detail kisah kisah tersebut dengan membaca kembali buku diarynya, dengan kemampuan otaknya dia mampu kembali ke masa lalu untuk memperbaiki hal yang salah dari kisah kisahnya. Evan berhasil mencegah ayah Kayleigh dan Tommy untuk merekam adegan tidak senonoh Evan dan Kayleigh, meskipun Kayleigh hingga dewasa bisa merasakan kebebasan dan kebahagiaan namun Tommy menjadi psikopat yang terus mengancam kehidupan Evan.Â
Evan juga mampu mencegah Tommy membakar hidup hidup seekor anjing, namun ia tak mampu mencegah Lenny yang menusuk Tommy dari belakang sehingga Lenny harus mengalami depresi hingga dewasa, serta Kayleigh yang menjadi anak liar karena trauma melihat kakaknya dibunuh. Evan kemudian bisa menyelamatkan seorang ibu dan bayi dari ledakan peledak dikotak surat namun ia harus mengalami cacat pada tangannya dan lumpuh, ia pun harus melihat Kayleigh jatuh ke pelukan Lenny serta ibunya yang sekarat karena kanker.Â
Ternyata apapun kisah yang ia perbaiki tetap membawa dampak buruk bagi orang orang yang dicintainya. Akhirnya Evan memutuskan untuk kembali ke kisah saat ia akan dilahirkan melalui rekaman video ayahnya, didalam rahim ibunya Evan memutuskan untuk tidak lahir dengan hidup sehingga Evan bayi divonis mati didalam kandungan.
Film arahan duo sutradara Erick Bress dan M. Mackye Gruber ini plotnya maju mundur sehingga untuk mengetahui jalan ceritanya secara utuh harus mengikuti filmnya secara penuh. Baru sekitar seperempat jam sebelum film selesai kisah kisah Evan saat kecil bisa dipahami mengami selalu buntu dimemori Evan.
Untuk Ashton Kutcher sendiri difilm ini dia mampu berakting baik menggambarkan Evan yang pintar namun rapuh, tidak terlihat sosoknya sebagai pemuda konyol difilm ini. The Butterfly Effect sendiri mengacu pada chaos theory yang menyebutkan "perubahan kecil pada suatu tempat bisa mengakibatkan perbedaan secara menyeluruh pada keadaan berikutnya".