莱昂纳多·谢尔比（盖·皮尔斯）总是穿着价值不菲的手工制套装，开着最新款式的美洲豹跑车，表面看上去他是个不折不扣的成功商人，可是，他却没有家，匿名住在廉价的汽车旅馆里，用现金付帐，他的生活只有一个目标，那就是向杀害他妻子的凶手复仇。
原来，若干时日以前，正值新婚的谢尔比夫妇遭到了一名歹徒的袭击，凶犯残忍地杀害了莱昂纳多的妻子，莱昂纳多自己虽然从死亡线上挣扎了回来，却因为脑部的严重损伤而得了一种奇怪的“短期记忆丧失症”，从此他只能记住几分钟前发生的事情。尽管在警方看来，这是一起每天都会发生的普通抢劫案件，但是莱昂纳多的生活却从此彻底改变了，不满于警方草草结案，莱昂纳多发誓要追查到凶手，替惨死的爱妻报仇。
可是，支离破碎的记忆却令莱昂纳多举步维艰，他只能凭借一些零碎的小东西诸如纹身、宝丽来快照等才能回忆起过去的点点滴滴，而且，每当他找到一些有价值的线索时，他必须要使用一切方法立即将之记录下来，因为很可能十几分钟后，他就根本无法记得自己在什么地方、来做什么。
调查艰难地进行着，莱昂纳多遇上一个粗俗的酒吧女招待娜塔莉娅（凯瑞·安妮·莫斯），她似乎知道一些莱昂纳多感兴趣的事，还有一个自称是他以前好朋友的叫泰迪（乔·帕托利亚诺）的家伙，但是他看上去鬼鬼祟祟的，好象不怀好意，到底谁才可以信任，娜塔莉娅？泰迪？还是他自己？那些不断显现出的记忆到底会把自己引向哪里？莱昂纳多陷入了困惑中……