Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых, дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена единственной цели — найти убийцу любимой жены, и ради этого он готов идти на любые жертвы. Но его преследует редкое расстройство — антероградная амнезия, лишающая его способности формировать новые воспоминания.
Хотя Леонард отлично помнит всё, что происходило до трагедии, его сознание стирает события, случившиеся всего 15 минут назад. Эта особенность превращает каждый его день в запутанный лабиринт, где ориентирами служат лишь фотографии, заметки и татуировки на теле. Он вынужден постоянно заново собирать пазл реальности, полагаясь на хрупкие подсказки, оставленные самому себе.