Леонард Шелди выглядит как успешный джентльмен в дорогих костюмах и за рулём роскошного «Ягуара», но его жизнь — это цепочка дешёвых мотелей и бесконечная погоня за призраком. Он одержим одной целью: найти и покарать убийцу своей жены. Однако его главное оружие — память — предательски подводит: после травмы Леонард помнит всё, что было до роковой ночи, но совершенно не способен удерживать новые воспоминания дольше пятнадцати минут.
Каждый день для него начинается с чистого листа, а правду о себе и окружающем мире он собирает по крупицам с помощью записок, татуировок и фотографий. Но как найти убийцу, если ты не можешь доверять даже собственным мыслям? Леонард вынужден полагаться на сомнительных помощников, чьи мотивы окутаны тайной, и с каждым шагом становится всё сложнее отличить правду от ловкой манипуляции.