Леонард Шелби неизменно облачен в дорогие костюмы и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако ночует в унылых дешевых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти убийцу жены, и ради этого он готов на всё. Но его расследование осложняется редким недугом: после трагедии он утратил способность формировать новые воспоминания.
Хотя прошлое до рокового дня сохранилось в его сознании ясно и подробно, текущие события стираются из памяти уже через 15 минут. Леонард вынужден полагаться на записи, татуировки и фотографии, чтобы не потерять нить мести. Каждый его шаг — это отчаянная попытка обмануть собственное сознание и докопаться до правды.