Leonard és un investigador d’una agència d’assegurances que té la memòria irremissiblement danyada per culpa d’un cop en al cap sofert al intentar evitar l’assassinat de la seva dona, aquest és l’últim fet que recorda del passat. Degut al cop ha perdut la memòria recent, és a dir, els fets quotidians desapareixen de la seva ment en uns minuts. Així doncs, per investigar i venjar l’assassinat de la seva esposa ha de recórrer a l’ajuda d’una càmera instantània i a les notes tatuades en el seu cos.