Després d'una apocalíptica guerra nuclear, el món ha quedat devastat. Un grup de científics del bàndol vencedor arriba a la conclusió que l'única manera de salvar a la humanitat és recorrent als viatges a través del temps: o bé manar a una persona al passat per demanar ajuda, o al futur per buscar una solució a la situació present. És triat per fer el viatge a través del temps un presidiari. Història experimental sobre el poder de la memòria, explicada exclusivament a través de fotos fixes, en la qual un home mira de reconstruir el record de la seva estimada, en temps de la Tercera Guerra Mundial.
Isaac Davis, de 42 anys, guionista de televisió, està fart de la superficialitat del mitjà i renuncia a la seva feina per dedicar-se a escriure un llibre sobre Manhattan. Després que la seva segona dona, Jill, l'ha abandonat per una altra dona, Isaac es troba involucrat en un afer sentimental amb Tracy, una adolescent de 17 anys, cosa que li fa sentir remordiments. D'altra banda, l'atrau cada cop més Mary, una pseudointel·lectual que manté relacions amb Yale, un professor d'universitat que és el millor amic d'Isaac.
L'Alvy Singer és un còmic que coneix una noia jove i prometedora, l'Annie Hall, i hi comença un idil·li ple de les típiques angúnies i malentesos. Ella és tota ingènua i vol fer carrera com a cantant a Manhattan. És nerviosa i insegura i es deixa dur pel Singer. Però a mesura que passa el temps, l'Annie madura i comença a buscar el seu propi destí. Per això es trasllada a Los Angeles per obrir-se nous camins. Per al Singer, Los Angeles és un territori foraster ple de personatges ridículs. Però l'Annie adora l'ambient d'aquesta ciutat i deixa el Singer sol a Nova York.
Michel Poiccard és un ex-figurador de cinema admirador de Bogart. Després de robar un cotxe a Marsella per anar a París, mata fortuïtament un motorista de la policia. Sense cap remordiment pel que acaba de fer, prossegueix el viatge. A París, després de robar diners a una amiga, busca Patricia, una jove burgesa americana, que aspira a ser escriptora i ven el New York Herald Tribune pels Camps Elisis; somia també matricular-se a la Sorbona i escriure algun dia en aquest diari. A Europa creu haver trobat la llibertat que no va conèixer a Amèrica. El que Michel ignora és que la policia ho està buscant per la mort del motorista.
Un home captiu dels seus propis somnis tracta de despertar-se i prendre el control de la seva pròpia imaginació. La vida sembla estar millorant per al tímid i introvertit Stephane quan la seva mare el convenç perquè torni a la casa on va créixer a França, prometent-li un treball. La seva naturalesa creativa i el seu pertorbador món de somnis amenacen constantment amb usurpar el seu món real.
Rafe i Danny van créixer junts en una zona rural nord-americana i la seva amistat s'ha prolongat al llarg dels anys fins a les files de l'exèrcit de l'aire, on tots dos són pilots de combat. Rafe va trobar a Evelyn, una valenta infermera, a l'amor de la seva vida, però aviat és cridat a servir en la força aèria britànica per combatre els nazis com a representant de l'exèrcit nord-americà. Mentrestant, Danny i Evelyn són enviats a la base aèria de Pearl Harbor a Hawaii. Un cop allà, tots dos s'enamoren mentre Rafe és enderrocat en combat. Per sorpresa de tots dos, Rafe sobreviu i torna a Pearl Harbor, però tot es complica quan es produeix un mortal bombardeig per part de l'exèrcit japonès.