Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах, его новенький «Ягуар» сверкает лаком, но ночует он в унылых, пропахших сигаретным дымом номерах дешёвых мотелей. Вся его жизнь подчинена одной цели — выследить человека, отнявшего у него жену. Однако сам он стал пленником собственного разума: редкая форма амнезии лишила его кратковременной памяти.
Он чётко помнит всё, что было до трагедии — улыбку супруги, их общий дом, счастливые моменты. Но последние пятнадцать минут для него стираются без следа, как надпись на песке. Чтобы не сбиться с пути, Леонард покрывает тело татуировками-напоминаниями, делает моментальные снимки и оставляет себе записки, пытаясь обмануть хрупкий механизм памяти в этом одиноком и методичном поиске.