Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых дешевых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти человека, убившего его жену. Он методично следует за ниточками, которые сам же оставляет, ведь его главный враг — время, вернее, его отсутствие в памяти.
Он страдает от редкого недуга — антероградной амнезии, которая лишила его способности запоминать события дольше, чем на 15 минут. Леонард четко помнит все, что случилось до трагедии, но настоящее для него — это бесконечный поток новых открытий, которые тут же исчезают. Чтобы не сбиться с пути, он покрывает тело татуировками-напоминаниями и полагается на мгновенные фотографии с лаконичными подписями.
