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 — найти человека, оборвавшего жизнь его супруги. Но путь к правде осложнён редким недугом: после трагедии он утратил способность формировать новые воспоминания.
Хотя прошлое до рокового события остаётся для него ясным, Леонард живёт в разорванном настоящем, где каждые 15 минут мир обнуляется. Он вынужден полагаться на заметки, татуировки и фотографии, чтобы не упустить нить мести. Эта постоянная борьба с собственной памятью превращает его расследование в изнурительный бег по замкнутому кругу.