Dans un futur proche, la Mafia a mis au point un système infaillible pour faire disparaître tous les témoins gênants. Elle expédie ses victimes dans le passé, à notre époque, où des tueurs d'un genre nouveau (les «Loopers») les éliminent. Un jour, l'un d'entre eux, Joe (Joseph Gordon-Levitt), découvre que la victime qu'il doit exécuter n'est autre que... lui-même, avec 20 ans de plus. La machine si bien huilée déraille...