Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах, его новенький "Ягуар" сверкает на солнце, но ночует он в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти убийцу любимой жены. Он методично собирает улики, делает татуировки-напоминания на теле, ведёт подробные записи, пытаясь обмануть собственную память.
Его главный враг — редкая форма амнезии, стирающая всё, что случилось в последние 15 минут. Леонард чётко помнит жизнь до трагедии, но постоянно теряет нить настоящего. Каждое утро он просыпается в незнакомом номере, перечитывая собственные заметки, снова и снова погружаясь в расследование, которое стало смыслом его существования.