Leonard poszukuje przestępcy, który zgwałcił i zamordował jego żone. On sam w trakcie owego doznał obrażeń w wyniku których cierpi na rzadki, ale podobno prawdziwy stan umysłu (pewnego rodzaju amnezja). Pamięta wszystko co zdarzyło się do momentu morderstwa żony, ale nie jest w stanie zapamiętywać wydarzeń sprzed 15 minut. Aby posuwać się naprzód w śledztwie Leonard robi notatki na wykonywanych zdjęciach osób i przedmiotów, a co ważniejsze fakty tatuuje sobie na całym ciele.
