Леонард Шелди — загадочный мужчина в дорогом костюме, разъезжающий на роскошном «Ягуаре», но ночующий в убогих мотелях. Всё его существование подчинено одной цели: найти того, кто убил его жену. Однако у Леонарда есть серьёзная проблема — редкая форма амнезии, из-за которой он помнит всю свою жизнь до трагедии, но совершенно не способен удерживать новые воспоминания дольше 15 минут.
Чтобы не потерять нить расследования, Леонард полагается на заметки, татуировки и фотографии, создавая хрупкую систему напоминаний. Но в этом хаосе отрывочных фактов и полуправды легко запутаться — а вдруг некоторые улики намеренно искажены? Кому можно доверять, когда собственная память предаёт снова и снова?