《时间之子》的故事分为阿木导演的电影版本和真实故事两部分。
电影版本中，千晓在沙滩被老爷爷抚养，因向往大都市，上船与17归来的船相撞落水获时轮，之后和17在大都会经历一系列事情，最后二人离开过上幸福生活，千晓永葆青春，17渐渐老去。不过，开头千晓从老年17处逃走、落水获时轮部分是杜撰，且有戏剧化夸张成分。
真实故事是，千晓为去大都会上了普通船，与取得时轮回来的17的船相撞，被时轮救到都会，二人初遇后经历和电影前中部分一致。后来他们离开，千晓因时轮永葆青春，17变老且不断搬家躲避佐先生。17为不让千晓伤心，留信离开。千晓多年后找到17，却被佐先生枪击致失忆，与17成爷孙关系。之后千晓因失忆想去大都会，上船被佐先生抓走，17烧掉回忆后营救千晓葬身大海。千晓回来看到阿木拍的电影后，追赶光想倒流时间见17，但无法超越光速，只能对过去产生有限影响，最终听从年轻17的开导向前看，拥抱了坠入大海前的17。
电影彩蛋与剧情无严格时间和逻辑关系，可能是千晓的想象，目的是营造大团圆氛围，让电影角色都出现。这部电影强调时间的意义由人赋予，命运虽似注定，但主动去爱和努力尝试的过程就是生命的意义。
