Leonard (Guy Pearce) hat ein Problem. Seine Erinnerungen – sie stoppen an einem bestimmten Punkt. Sobald er die Konzentration verliert, verliert er alles, was ab diesem Punkt passiert ist. Das ist im Alltag schon nicht einfach, aber im Falle von Leonard doppelt schlimmen, denn: Er sucht den/die Mörder seiner Frau.
Um den Überblick zu behalten, notiert er alle wichtigen Informationen und Dinge, die passiert sind, damit er den Überblick behält. Aber was, wenn er sich irrt? Was, wenn er seine Nachrichten an sich selbst nicht entschlüssen kann …?