Leonard is een onderzoeker voor een verzekeringsmaatschappij. Zijn geheugen is ernstig beschadigd na een poging in te grijpen bij de moord van z'n vrouw. Leonard is uit op wraak, maar door z'n slechte geheugen kan hij alleen functioneren door het constant maken van aantekeningen en het maken van polaroidfoto's. Leonards enige doel is wraak nemen op de moordenaar van zijn vrouw, maar lukt het hem zijn herinneringen in de juiste volgorde te zetten?