Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах, его новенький «Ягуар» сверкает на солнце, но ночует он в унылых дешевых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти убийцу любимой жены, и ради этого он готов на всё. Однако его преследует редкая форма амнезии: он отлично помнит всё, что случилось до трагедии, но не способен удержать в памяти события последних пятнадцати минут.
Эта особенность превращает его поиски в изнурительную борьбу с самим собой. Каждый день он просыпается, не зная, где находится и что делал вчера, и снова начинает с чистого листа. Чтобы не сбиться с пути, Леонард покрывает тело татуировками с ключевыми фактами и оставляет себе бесчисленные записки. Так он пытается обмануть собственную память и продолжить погоню за правдой.