Леонард Шелби пытается найти убийцу жены, но после травмы головы не способен удерживать новые воспоминания дольше нескольких минут. Чтобы не потеряться в собственной жизни, он оставляет себе подсказки — записки, полароидные снимки и татуировки на теле. Продвигаясь по следу преступника, Леонард все сильнее запутывается в воспоминаниях и начинает сомневаться, можно ли вообще доверять самому себе…