《穿越时空爱上你》利伯特（休·杰克曼饰）是19世纪一个不折不扣的贵族公爵。在家人为他安排的相亲中，他意外闯入了时空隧道，以追查100多年的硬汉——疯狂科学家斯图尔特。21世纪后期，斯图尔特的意外住院让公爵在陌生的环境中难以面对。机缘巧合，他遇到了斯图尔特的前女友凯特（梅格瑞恩饰），这位雄心勃勃、独立自主、聪明伶俐的广告女强人，延续了一系列相互吸引的事物，谱写了一段穿越时空的段落。浪漫的情歌……然而，穿越时空的情感注定不会一帆风顺。为了顺应历史的发展，出院的斯图尔特不得不将莱伯特送回他的时代。莱伯特和凯特刚刚开始的关系面临着时空分离的危机。两人是命中注定的相遇，还是一瞬间的相遇？两人能否一起穿越时空？