Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», но его пристанищем становятся унылые дешёвые мотели. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти человека, оборвавшего жизнь его супруги. Он методично собирает улики, ведёт записи и делает татуировки, пытаясь зафиксировать каждый шаг своего расследования.
Однако его усилия осложнены редким неврологическим расстройством — антероградной амнезией. Леонард чётко помнит всё, что происходило до трагедии, но не способен удерживать новые воспоминания дольше 15 минут. Эта особенность превращает его поиски в изнурительную борьбу с собственной памятью, где каждый день приходится начинать с чистого листа.