正值新婚的谢尔比夫妇遭到了一名歹徒的袭击，凶犯残忍
地杀害了莱尼的妻子，莱尼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”，从此他只能记住十分钟前发生的事情。
尽管在警方看来，这是一起每天都会发生的普通抢劫案件，但是莱尼的生活却被彻底改变了。
不满于警方草草结案，莱尼发誓要追查到凶手，替惨死的爱妻报仇。
可是，支离破碎的记忆却令莱尼举步维艰，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，莱尼遇上一个粗俗的酒吧女招待娜塔莉娅，她似乎知道一些莱尼感兴趣的事，还有一个自称是他以前好朋友的叫泰迪的家伙，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？莱尼陷入了困惑中……
真实的剧情：
莱尼有一个热爱他的妻子，他们生活幸福。（黑白片叙述）
一天，他们的平静生活被一起突发事件打断了。
在莱尼熟睡的时候，他的妻子在自家的卫生间里被两个入侵者强奸了。
莱尼发现后，持枪将一名强奸犯当场击毙，但是自己被另一名强奸犯击昏。
从此之后，他患上了短期失忆症，只能记起袭击事件之前发生的事情，随后发生的事情他只能回忆起短短的几分钟。（黑白片叙述）
莱尼的妻子在事件后幸存下来，但是看到莱尼的失忆状态很痛苦，多次求救医生。在得知医生说莱尼有可能恢复记忆后，莱尼的妻子决定以自己的生命作为代价来测试莱尼是否真的患有失忆。
测试中，莱尼给妻子注射了过量的胰岛素，导致妻子死亡，但是他茫然不知。在他的记忆中，他的妻子早死于那次强奸事件。
（黑白片叙述中关于萨米的部分；片尾黑白片闪回）
莱尼的妻子遭遇强奸后，莱尼一直在寻找击昏他的第二名强奸犯，但是警方不相信一个失忆者的描述，认为根本不存在这个人。
警察约翰同情莱尼，帮他找到了这个叫约翰的人。
莱尼杀了约翰，但是记不起杀死过他，仍日夜寻找着这个已经死掉的约翰。（1:40:00 对白）
警察借着职务之便，伙同毒贩吉米等人一起贩毒。（1:26:00 对白）在一次交易中，打算独吞20万美元的货款，于是利用莱尼失忆并寻凶的特点，谎称毒贩吉米就是约翰，并向莱尼提供档案资料及见面的地址。（黑白片叙述）
莱尼在郊外的一处荒凉小屋杀死了前来提货的吉米。
吉米临死前说出了萨米的名字，莱尼认识到他杀错人了。
因为莱尼经常向别人讲述萨米的故事，所以听说过萨米故事的人，莱尼一定认识。
莱尼质问，说出了部分真相，但是莱尼拒绝相信的话。并在的照片上写上：“不要相信他的话。”（1:32:00）
杀了吉米后，莱尼穿上吉米的衣服，开走了吉米的车。路过纹身店时，他想到可以利用纹身来提醒自己一些事情。跟进纹身店，向他讲述自己和吉米等人贩毒、并利用莱尼来杀吉米之事。此时已经失忆，莱尼回看之前的照片上写的“不要相信他的话”。决定不相信他，从后窗逃出纹身店，
莱尼在吉米的衣服口袋中发现一个“顺便去酒吧”的纸条，此时他又已失忆，于是他在酒吧外见到了吉米的女友娜塔利。（1:20:00）
娜塔利看见莱尼开着吉米的车，穿着吉米的衣服很是惊讶，但很快发现莱尼是个失忆者，根本记不起发生了什么事。在测试中，莱尼喝下了吐过痰的啤酒，娜塔利过意不去，决定带莱尼回自己的家，继续打听吉米的消息。（1:19:00）
在娜塔利的家中，娜塔利嘲笑莱尼的失忆，在盛怒之下，莱尼打伤了娜塔利。莱尼想找笔记录下娜塔利的话，但是没找到。（1:10:00）
受伤后，娜塔利走进家门口的车里，过一会儿又带伤返回家中，并欺骗莱尼说吉米失踪后，吉米的合伙人多德找娜塔利要20万的事，脸上的伤就是多德打的。莱尼已经忘记刚才娜塔利的争执，打算帮助娜塔利解决掉多德。娜塔利将多德的资料写在一张纸条给莱尼。（1:07:00）
刚从娜塔利家中出来，又失忆了，在车中遇到了。说娜塔利是吉米的女友，他们一起贩毒的事，并警告莱尼不要相信娜塔利，不要继续住在她的家中。给莱尼介绍了一个住处，廉价旅馆（Discount Inn）。（1:02:00）
在廉价旅馆中，莱尼打算回忆她妻子的往事，于是打电话叫了一个妓女，并吩咐她把他妻子的生前东西随便摆放在他的床前。（00:58:00）
醒来后，莱尼发现妓女在他的卫生间中，想不起来发生了什么事情。（00:55:00）
他再也睡不着，决定把妻子的遗物（实际上Memento就是遗物的意思）烧掉。（00:51:00）
第二天，莱尼在街上遇到寻找吉米的多德，多德开枪追击莱尼，打碎了车窗玻璃。（00:50:00）
在逃跑开始，莱尼又失忆了，忘记为什么在跑，然后确认了是被人追逐之后，上车逃跑。开车时发现了娜塔利给他的纸条，要他去多德住的地方干掉多德。（00:47:00）
莱尼赶到了多德住的旅馆，发现没人，找了一个酒瓶决定埋伏在房间的厕所。在厕所的时候突然又失忆了，忘记了拿着酒瓶想要干什么。以为是自己的房间，所以就直接在浴室洗澡。这时多德回来了，莱尼将多德打伤，但并不知道他是谁。把他绑了起来后又看见娜塔利给她的纸条，知道这就是多德。纸条上还写着叫来帮忙，然后在照片里找到的照片上的电话，打给了叫他过来帮忙。（00:44:00）
莱尼在多德的家中睡着，醒来后发现了被绑的多德。但又失忆了，并不知道这是谁，此时赶到。莱尼想不起发生了什么事，将多德放了。（00:39:00）
莱尼回到了娜塔利的家中。娜塔利感激莱尼帮其摆脱了多德的纠缠，决定帮助莱尼寻找他所说的约翰的车牌资料，也就是他之前杀死吉米后记下的的车牌。并约定见面时间，记在纸条上。（00:27:00）
莱尼回到了廉价旅馆，发现房间钥匙不见了。在和旅馆服务员交涉时突然发现口袋中去见娜塔利拿车牌资料的纸条，急忙走掉。（00:24:00）
在饭店中，莱尼见到了娜塔利，拿到了所需的资料。也找回了旅店房间的钥匙。并且娜塔利告诉他吉米在郊外有间房间，暗示他可以在那里动手。（00:16:00）
莱尼回到了廉价旅馆，看到了娜塔利给他的资料，确信就是他要找的约翰。并在纸条上写下“杀了他。”（00:11:00）
走出房间，莱尼遇见了。莱尼要和他一起去一个地方（00:08:00）
在郊外的荒凉小屋，莱尼发现口袋中的照片，并看见上面写的“杀了他”。于是他杀死了。（00:00:45，电影开头。）
他的生命目标再次完成了，他的记忆轮回还会再次开始吗？
