Леонард Шелди щеголяет в дорогих костюмах и разъезжает на роскошном "Ягуаре", но ночует в убогих мотелях. Всё его существование подчинено одной цели — найти убийцу своей жены. Однако его расследование осложняет редкая форма амнезии: помня всю жизнь до трагедии, Леонард полностью теряет кратковременную память и не может вспомнить, что происходило даже пятнадцать минут назад.
Чтобы не упустить нить мести, он покрывает своё тело татуировками с ключевыми фактами, а также делает моментальные снимки на поляроид, снабжая их срочными пометками. Но можно ли доверять этим записям и своим собственным инстинктам, когда мир вокруг состоит из незнакомцев, а прошлое стирается каждые четверть часа?
