Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — отыскать убийцу любимой жены, чья смерть оставила в его душе незаживающую рану. Но его расследование осложнено редким недугом — антероградной амнезией, которая лишает его способности формировать новые воспоминания.
Хотя Леонард отлично помнит всё, что происходило до трагедии, его сознание стирает события, случившиеся всего 15 минут назад. Чтобы не упустить нить поисков, он покрывает своё тело татуировками с ключевыми уликами и оставляет себе бесчисленные записки. Каждое утро для него начинается с мучительного осознания потери и необходимости заново собирать пазл собственной жизни.