Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако ночует в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — выследить человека, оборвавшего жизнь его супруги. Он живёт в мире, где роскошь соседствует с аскетизмом, а каждая минута наполнена напряжённым поиском.
Но его расследование осложнено редким недугом — антероградной амнезией, лишающей его кратковременной памяти. Леонард чётко помнит всё, что происходило до трагедии, однако не способен удержать в сознании события последних пятнадцати минут. Это заставляет его постоянно переписывать свою реальность, полагаясь на заметки, татуировки и инстинкты.