Quantenmechanik mag vielleicht erst langweilig wirken, erklärt Physikprofessor Jason Dessen (Joel Edgerton) seinen Studenten. Aber zumindest für eine kurze Weile hat man das Privileg, gemeinsam über das Mysterium der Existenz nachzudenken.

Ein Mysterium, dem Jason, zumindest diese Inkarnation, schon länger auf der Spur ist. Denn er stammt nicht von dieser Welt. In seiner Welt hatte er einst vor 15 Jahren, als Freundin Daniela (Jennifer Connelly) schwanger wurde, ein gemeinsames Leben abgelehnt. Dann schwebte das große Bedauern über ihm.

Da er sich aber, wie der Zufall will, mit Quantenmechanik gut auskennt, und Quantenmechanik in der Science-Fiction Zeitreisen und Paralleluniversen erlaubt (man denke nur an Tony Stark und die Avengers aus dem Kosmos des Marvel Cinematic Universe), weiß er sich zu helfen. Ein Würfel, den er entwickelt hat, lässt ihn in andere Welten reisen. Dort entführt er jenen Jason, der bei Daniela geblieben ist, und tauscht Platz mit ihm.

Dieser Jason glaubt auch zunächst, er sei verrückt geworden. Daniela und er sind nicht verheiratet, Sohn Charlie existiert nicht, er ist ein berühmter Neurophysiker und kein College-Professor, und die Psychologin Amanda (Alice Braga), die mit ihm zusammen wohnt, will ihm dauernd weismachen, dass er über ein Jahr verschwunden war.

Jason kann aus dem Labor, in dem er wieder aufgetaucht ist, entwischen und macht sich auf eine Spurensuche. Als ihm klar wird, dass sein alternatives Ich ihn verschleppt hat, und er letztendlich doch noch Vertrauen zu Amanda fasst, machen sie sich auf die Suche nach seiner Welt, um sein Alter Ego zu stoppen. Doch im Gegensatz zu dem weiß keiner der beiden, wie der Würfel funktioniert. Und so beginnt eine Odyssee durch sämtliche Paralleluniversen …