Леонард Шелби неизменно элегантен в своих дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем новом «Ягуаре», но его жизнь проходит в унылых номерах дешевых мотелей. Каждый его день подчинен одной цели — найти человека, убившего его 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, лишившей его способности формировать новые воспоминания. Леонард прекрасно помнит всю свою жизнь до трагедии, но все, что происходит сейчас, стирается из его сознания уже через 15 минут. Это заставляет его постоянно перепроверять реальность и доверять лишь собственным записям.