Sinopse: Quando o capitão Stevens acorda e se vê na pele de um homem que ele não conhece, descobre que está fazendo parte de um experimento criado pelo governo americano chamado de Código Fonte. O programa possibilita que Stevens assuma a identidade de um outro homem em seus últimos 8 minutos de vida. Agora sua missão é encontrar os responsáveis por um atentado que deixou milhares de vítimas.
O filme inicia com o Capitão Stevens (Gyllenhaall) em um trem, com uma mulher desconhecida na sua frente, conversando como se fossem velhos conhecidos. Mas o capitão não reconhece a mulher. Logo ele descobre que não está no seu corpo. 8 minutos depois, o trem onde eles estão explode.
Aí começa a explicação do filme. Stevens está participando de um experimento do governo americano para descobrir quem realizou o atentado ao trem - e para prevenir atentados que estão previstos para acontecer. O problema é que Stevens nunca quis participar do programa, e não tem ideia do porque está ali.
O filme gira em torno da premissa de que o programa (chamado de Código Fonte) não permite a mudança do passado, ele apenas consegue reviver os últimos 8 minutos da vida daquele passageiro. Por isso, ele está sempre voltando para o trem até que o mesmo exploda. As situações que acontecem podem ser modificadas, o personagem pode interagir e tomar decisões diferentes a cada vez que volta, mas isso não influencia no tempo presente - a cada vez que ele volta para a "realidade", o acidente já aconteceu e as pessoas já estão mortas.