Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых, бюджетных мотелях. Каждый его шаг подчинен единственной цели — выследить человека, оборвавшего жизнь его супруги. Но его расследование осложняется редким недугом: антероградной амнезией, лишающей его способности формировать новые воспоминания.
Хотя все события, произошедшие до трагедии, сохранились в его сознании ясно и четко, последующие минуты стираются без следа. Каждые четверть часа мир для Леонарда начинается заново, заставляя его вновь и вновь переживать боль утраты и заново выстраивать цепочку улик. Эта порочная спираль превращает его жизнь в бесконечный квест, где правда вечно ускользает, оставляя лишь фрагменты на клочках бумаги и собственной коже.