Леонард Шелби страдает антероградной амнезией после травмы головы. Он не может запоминать новые события дольше 15 минут, но одержим местью за убийство своей жены. Леонард использует для подсказок татуировки и фотоаппарат «Полароид».
После гибели жены и дочери джазовый трубач Эзра погружается в отчаяние. Ошибочно принятый за смотрителя маяка, он встречает Ханну, учительницу, которая возвращает ему свет в душе и пробуждает музыку, которой он давно не касался.