El efecto mariposa 3 sigue a Sam (Chris Carmack, Anatomía de Grey), que puede viajar a cualquier punto de su vida, y usa esta habilidad para ayudar a la policía a resolver crímenes. Sin embargo, nunca intenta cambiar el pasado y es muy consciente de las peligrosas implicaciones. Al ser una película llamada El efecto mariposa, naturalmente rompe esta regla para resolver el caso de su novia asesinada, y los efectos de alterar el pasado pronto se extienden por su vida. También descubre que su atribulada hermana tiene el mismo don, y podría no estar usándolo para el bien mayor.
