Leonard Shelby (Guy Pearce) a seguito di un trauma cranico riportato durante una brutale aggressione, è affetto da un disturbo della memoria a breve termine; Leonard dimentica nomi, persone ed eventi accaduti solo pochi minuti prima. Ma la notte dell'aggressione è accaduto qualcosa di molto più grave... qualcosa che ha cambiato Leonard per sempre, facendogli conoscere quanto forte possa essere l'odio ed il desiderio di vendetta e dando un nuovo unico scopo alla sua vita: trovare l'uomo che ha ucciso sua moglie e che ha portato via i suoi ricordi e la sua identita..