Clare y Henry forman una pareja aparentemente normal, se quieren e intentan ser felices. Sin embargo, Henry padece una extraña enfermedad que le impulsa a viajar en el tiempo, que le permitió conocer a Clare cuando aún era un niña y que lo condena a enfrentarse a su incierto, y acaso trágico, futuro.
 | Rachel McAdams | Clare |
 | Eric Bana | Henry |
 | Michelle Nolden | Annette DeTamble |
| Alex Ferris | Henry a los 6 |
| Arliss Howard | Richard DeTamble |
| Ron Livingston | Gomez |
| Philip Craig | Philip Abshire |
| Stephen Tobolowsky | Dr. David Kendrick |
