Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», но его пристанищем становятся унылые дешёвые мотели. Вся его жизнь подчинена одной цели — выследить человека, отнявшего у него жену. Он методично собирает улики, делает татуировки-напоминания и следует собственной системе, чтобы не сбиться с пути.
Однако его расследование осложнено редким неврологическим расстройством — антероградной амнезией. Леонард чётко помнит всё, что происходило до трагедии, но не способен удерживать новые воспоминания дольше 15 минут. Эта особенность превращает каждый его день в борьбу с собственным сознанием, где реальность постоянно распадается на обрывки, а правду приходится собирать по крупицам.