Mieszkający w San Francisco detektyw ubezpieczeniowy Leonard Shelby (Guy Pearce) w wyniku wypadku traci tzw. pamięć krótkotrwałą. Wie kim jest i pamięta wszystko sprzed wypadku, ale błyskawicznie zapomina o tym, co wydarzyło się przed chwilą. Nie wie, gdzie był, co robił i planował. Przy dłuższej rozmowie zapomina, od czego się zaczęła. Powracające wspomnienia śmierci żony powodują, że nie daje za wygraną. Notatki, zdjęcia i tatuaże zastępują mu pamięć. Jedyną motywacją do życia jest obsesyjne pragnienie zemsty na mordercy ukochanej kobiety...