Леонард Шелби носит безупречные костюмы и разъезжает на роскошном «Ягуаре», но предпочитает скромные и недорогие мотели для ночлега. Всё его существование подчинено одной цели — найти убийцу своей жены, и он не жалеет ни средств, ни усилий, чтобы приблизиться к разгадке. Однако его путь осложняется редким заболеванием — антероградной амнезией, из-за которой он не может формировать новые воспоминания.
Хотя события, произошедшие до трагедии, сохранились в его памяти в мельчайших деталях, последние 15 минут для него стираются без следа. Это заставляет Леонарда полагаться на записи, татуировки и фотографии, чтобы не упустить нить расследования и не потеряться в собственной реальности.