十二猴子是什麼？是一個組織，2035年未來的科學家懷疑他們是一個恐怖組織，懷疑他們在2000年釋放了末日病毒，導緻未來人類隻能在地下世界躲避病毒。
但這也隻是懷疑，以為未來科學家也不知道究竟是怎樣的病毒導緻末日到來。
于是他們派了囚徒詹姆斯來到現實世界，希望調查事情的真相，如果可以，阻止這場浩劫。
未來科學家們在時光機前
霍金曾經提出 “不能幹預實體律”——即使你回到了過去，在那個時空也隻是一個别人察覺不到的“觀察者”，無法幹涉任何過去已經發生的事情。一經幹涉，就會改變曆史，你或許就不存在，就回不到過去，這就進化為後來的“祖母悖論。”
不能幹預實體律和祖母悖論一直被時間旅行的科幻片尊為圭臬，但科幻片《十二猴子》打破了它們的限制，因果循環地讓回到過去了人融入曆史。
第一次時空穿梭，詹姆斯錯誤來到1996年，被認為是一個精神病患者，關在了精神病院。在精神病裡面他影響了心理醫生凱瑟琳和精神病患者傑弗裡。
凱瑟琳後來成為權威心理學家四處演講，發表她從詹姆斯那裡得來的末日預言。而傑弗裡則是後來十二猴子的領軍人物。
精神病院裡詹姆斯和傑弗裡
科學家們發現将詹姆斯送錯時間了，于是将他召喚回來，誰知道又送錯時間，将他送到一戰期間，然後拍了張照片就又召喚回來。這次終于調整好時間，将詹姆斯送到目标時間點2000年。
凱瑟琳查找資料的時候發現了詹姆斯一戰的照片，更笃定了詹姆斯的末日預言。而此時傑弗裡的身份又一次揭秘，他的父親是某生物研究室的老闆，正在研究一種病毒。于是，他們堅定傑弗裡就是十二猴子的領軍人，并且是他們釋放了末日病毒。
詹姆斯和凱瑟琳喬裝開始阻止傑弗裡，結果發現傑弗裡确實是十二猴子的領軍人，但十二猴子是一個動物保護組織，他們的計劃是釋放出城市裡所有動物園的動物。
詹姆斯回憶自己的夢境突然明白，釋放病毒的另有其人，他相信了凱瑟琳的末日演講，決定到全世界釋放病毒。
詹姆斯趕到機場本想阻止他，最終還是失敗了，他被警察打死了。處于正常時空的詹姆是看到這場鬧劇，以後再夢裡一直回憶起來。
不過詹姆斯在臨時前将事情的真相轉告了2035年的科學家，科學家來到現代，擷取到病毒的樣本，電影結束。
未來科學家在飛機上擷取病毒
科幻片《十二隻猴子》通過巧妙的設計，将過去、現在、未來發生的時候互相交替，形成一個循環，避開了傳統的時間難題，提出了時空旅行改變不了過去，但可以改變未來新假說，确實是一部即新穎又燒腦的上乘佳作。