Phim 11 Giờ Sáng xoay quanh câu chuyện về tiến sĩ Jung Woo-Suk (Jung Jae-Young thủ vai), một nhà khoa học đắm mình trong công trình nghiên cứu phát minh ra cỗ máy thời gian với hy vọng gặp lại người vợ đã mất. Khi dự án đứng trước nguy cơ bị ngừng tài trợ, bất chấp sự khuyên can của các đồng nghiệp, trong đó có nhà khoa học trẻ Ji-Wan (Daniel Choi), Woo-Suk vẫn quyết tâm cùng cô trợ lý thân cận là Young-Eun (Kim Ok-Vin) chạy thử nghiệm dự án. Tuy nhiên, cỗ máy bị lỗi và đi đến thời điểm 11h sáng ngày hôm sau. Tại đây, anh chứng kiến toàn bộ quá trình các đồng nghiệp lần lượt bị sát hại, phòng thí nghiệm bị phá hủy. Anh quyết định trở về quá khứ để ngăn chặn vụ giết người này.