Leonard Shelby sigue la pista del hombre que violó y asesinó a su mujer. Sin embargo, la dificultad de localizar al asesino de su esposa se ve agravada por el hecho de que padece una forma rara e intratable de pérdida de memoria a corto plazo. Aunque puede recordar detalles de la vida antes de su accidente, Leonard no puede recordar qué ha pasado hace quince minutos, adónde va o por qué.