Леонард Шелби носит безупречные костюмы и разъезжает на роскошном «Ягуаре», однако предпочитает скромные и недорогие мотели для ночлега. Всё его существование подчинено одной цели — найти убийцу своей жены, и он не жалеет средств на поиски, хотя образ жизни выбирает аскетичный. Его главная трудность заключается в редком заболевании — антероградной амнезии, из-за которой он не способен запоминать события, произошедшие позже трагедии.
Хотя память о жизни до гибели супруги сохранена в мельчайших деталях, Леонард не помнит ничего из того, что случилось в последние 15 минут. Это вынуждает его полагаться на записи, татуировки и фотографии, чтобы не упустить нить расследования. Каждый его шаг — это борьба с собственным сознанием, попытка удержать хрупкие нити реальности в мире, где прошлое остаётся ясным, а настоящее постоянно ускользает.