Leonard Shelby (Guy Pearce) életét egyetlen cél vezérli: megtalálni azt, aki megölte és megerőszakolta feleségét és bosszút állni haláláért. Leonard azonban egy furcsa, gyógyíthatatlan betegségben szenved. Amnéziás és a frissen szerzett élményekre is képtelen emlékezni. Egyetlen dologban biztos csupán: bosszút akar állni. Betegsége azonban különösen megnehezíti ezt. Polaroid képekkel dokumentálja minden lépését, névjegykártyák, dokumentumok, tetoválások segítségével próbálja összerakosgatni élete és a brutális gyilkosság darabkáit. A szálak egyre bonyolódnak, mindenki gyanússá válik, talán még maga Leonard is. A nagy kérdés pedig még mindig nyitva áll: ki a gyilkos?