Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — выследить человека, отнявшего у него жену. Он одержим этой миссией, превратившейся в смысл существования.
Но его поиски осложнены редким недугом — антероградной амнезией, лишающей способности формировать новые воспоминания. Леонард чётко помнит всё, что происходило до трагедии, однако последние пятнадцать минут для него — вечно ускользающая реальность. Эта особенность заставляет его жить в разорванном времени, полагаясь лишь на заметки и татуировки.