Леонард Шелби носит дорогие костюмы и водит роскошный «Ягуар», но предпочитает останавливаться в скромных мотелях. Он одержим поиском убийцы своей жены, и эта цель определяет каждый его шаг. Однако его усилия осложнены редким заболеванием — антероградной амнезией, из-за которой он не способен формировать новые воспоминания.
Он чётко помнит всё, что происходило до трагедии, но последние 15 минут его жизни постоянно стираются. Чтобы не сбиться с пути, Леонард полагается на заметки, татуировки и фотографии, создавая хрупкую систему напоминаний в мире, который постоянно ускользает от него.