Nous sommes en l’an 2035. Les quelques milliers d’habitants qui restent sur notre planète sont contraints de vivre sous terre. La surface du globe est devenue inhabitable à la suite d’un virus ayant décimé 99 % de la population. Les survivants mettent tous leurs espoirs dans un voyage à travers le temps pour découvrir les causes de la catastrophe et la prévenir. C’est James Cole, hanté depuis des années par une image incompréhensible, qui est désigné pour cette mission.
En 1985, Marty, un adolescent comme les autres, mène une existence morne et ennuyeuse. Heureusement, il est épris de la jolie Jennifer et entretient une profonde amitié avec Doc, un savant fou qui prétend avoir inventé une machine à explorer le temps. Un jour, Doc invite Marty à l'essayer…
Donnie Darko est un adolescent de seize ans pas comme les autres. Intelligent et doté d'une grande imagination, il a pour ami Frank, une créature que lui seul peut voir et entendre. Lorsque Donnie survit par miracle à un accident, Frank lui propose un étrange marché. La fin du monde approche et ce dernier doit accomplir sa destinée. Des événements bizarres surviennent dans la petite ville tranquille, mais Donnie sait que derrière tout cela se cachent d'inavouables secrets. Frank l'aidera à les mettre à jour, semant ainsi le trouble au sein de la communauté.