Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако предпочитает селиться в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена единственной цели — выследить человека, оборвавшего жизнь его супруги. Но его расследование осложняется редким недугом — тяжёлой формой антероградной амнезии.
Хотя Леонард отлично помнит всё, что происходило до трагедии, его сознание отказывается удерживать новые впечатления. Каждые пятнадцать минут его память обнуляется, словно плёнка, и он вновь оказывается в плену болезненного прошлого. Эта особенность превращает поиск правды в изнурительный бег по замкнутому кругу.