クリスティーン（ニコール・キッドマン）は、事故の後遺症により毎朝目覚める度に、前日までの記憶が失われてしまう特殊な記憶障害を負っている。夫のベン（コリン・ファース）は、結婚していることや夫である自分のことすらも忘れてしまう彼女を、献身的な愛で支えていた。ある日、ベンの留守中に医師を名乗る男（マーク・ストロング）から電話がかかってくる。少し前から夫に内緒で、クリスティーンの治療にあたっているという医師は、「数週間、あなたは毎日の出来事をひそかに映像日記として撮影してきた」と言い、その隠し場所を告げる。そして、日記を再生したクリスティーンは、記憶障害の原因が、誰かに襲われて瀕死の重傷を負ったことだと知る。夫の言葉と相反する医師の言葉。一体誰を信じればいいのか？クリスティーンは〝昨日の自分からのメッセージ″を頼りに、謎を追っていくが、辿りついた真実は、想像もできないものだった。