保険調査員のレナードの家に、何者かが押し入る。彼の妻はレイプされた後、殺害された。その光景を目撃したショックで、レナードは10分しか記憶を保てない前向性健忘という記憶障害になってしまう。犯人を捜し出そうとするレナードは、ポラロイド写真にメモを書き込み、事件に関するキーワードは全身にタトゥーとして彫り込む。しかし謎を追えば追うほど、更なる謎が広がっていく…。