Леонард Шелби неизменно элегантен в дорогих костюмах и разъезжает на сверкающем «Ягуаре», однако ночует в унылых дешёвых мотелях. Вся его жизнь подчинена одной цели — найти человека, убившего его жену. Но эта охота осложнена редким неврологическим расстройством: он сохранил воспоминания о прошлом до трагедии, однако не способен удерживать в памяти события, произошедшие всего 15 минут назад.
Его существование превратилось в замкнутый круг: он методично собирает улики, делает татуировки с ключевыми фактами на теле, оставляет себе записки и фотографии. Каждое утро Леонард просыпается в незнакомом номере мотеля, не помня, как он здесь оказался, и вынужден заново восстанавливать ход своего расследования, полагаясь лишь на оставленные самому себе подсказки.