Леонард Шелби (Гай Пирс), следователь страховой компании, разыскивает убийцу своей жены. Основная трудность заключается в том, что Леонард пережил тяжёлую травму головы и вследствие амнезии не может удержать в памяти ничего дольше 15 минут. Ему постоянно приходится оставлять самому себе записки, фотографии и даже делать татуировки для напоминания о людях, местах и событиях, которых не может сохранить его память. В расследовании ему помогают человек по прозвищу Тедди (Джо Пантолиано) и девушка Натали (Кэрри-Энн Мосс), но он не знает, можно ли им доверять..