Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — отыскать убийцу любимой жены, и ради этого он готов идти на любые жертвы. Но его усилия осложнены редким недугом: тяжёлой формой амнезии, лишающей его кратковременной памяти.
Хотя воспоминания о жизни до трагедии сохранны и ясны, Леонард не способен удержать в сознании события последних пятнадцати минут. Это вынуждает его создавать сложную систему записок, татуировок и фотографий, чтобы не упустить нить расследования. Каждое утро он просыпается в неведении, вынужденный заново собирать пазл своей миссии, полагаясь лишь на оставленные самому себе подсказки.