Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах, передвигается на роскошном «Ягуаре», однако предпочитает скромные и дешёвые мотели для ночлега. Всё его существование подчинено одной цели — найти убийцу своей жены, и ради этого он готов на всё. Его главная трудность — редкое заболевание, антероградная амнезия, лишающая его способности запоминать новые события.
Хотя память о жизни до трагедии сохранена в мельчайших деталях, каждый новый отрезок времени длиной в 15 минут безвозвратно стирается. Это вынуждает Леонарда полагаться на записи, татуировки и фотографии, создавая хрупкую, но необходимую опору в его поисках справедливости.