Леонард Шелди щеголяет в дорогих костюмах и разъезжает на роскошном «Ягуаре», но ночует в убогих мотелях. Всё его существование подчинено одной цели — найти убийцу любимой жены. Однако его расследование осложняет редкий недуг: после травмы он помнит всю свою жизнь до рокового дня, но совершенно не способен удерживать новые воспоминания дольше пятнадцати минут.
Чтобы не упустить ни одной зацепки, Леонард покрывает своё тело татуировками с ключевыми фактами, а на фотографиях оставляет срочные пометки. Он вынужден безоговорочно доверять сомнительным записям и таким же сомнительным людям, ведь его собственная память — ненадёжный союзник. Каждый день для него начинается с чистого листа, а правда легко может быть подменена ложью.