Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», но ночует в унылых дешевых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти человека, убившего его жену. Он методично собирает улики, делает татуировки с ключевыми фактами и фотографирует каждого, кто может быть связан с преступлением.
Однако его расследование осложнено редким неврологическим расстройством — антероградной амнезией. Леонард прекрасно помнит всю свою жизнь до трагедии, но не способен удерживать новые воспоминания дольше 15 минут. Каждое утро он просыпается с чистым листом сознания, вынужденный заново восстанавливать ход событий по своим записям и татуировкам.