Леонард Шелби представляет собой парадокс во плоти. Его безупречный гардероб, состоящий из дорогих костюмов, и новенький «Ягуар» создают образ успешного и состоятельного человека. Однако этот внешний лоск скрывает иную реальность — он предпочитает селиться в унылых и дешёвых мотелях, словно намеренно выбирая обстановку, соответствующую его внутреннему опустошению. Вся его жизнь подчинена одной цели — отыскать убийцу своей жены, и этот поиск становится единственным смыслом его существования.
Главным препятствием на его пути выступает редкая форма амнезии, лишившая его кратковременной памяти. Леонард прекрасно помнит всю свою жизнь до рокового события, но его сознание отказывается удерживать новые воспоминания дольше, чем на 15 минут. Это трагическое состояние превращает каждый его день в борьбу с самим собой, вынуждая постоянно воссоздавать картину происходящего и заново выстраивать цепочку к цели, которую он может забыть в любой момент.