Бэрни Сноу — человек, чья память постоянно распадается на фрагменты, и сам он остается для окружающих загадкой. Он проходит курс лечения в исследовательском центре, где борются с раковыми болезнями, и каждый его шаг в поисках прошлого приближает к новой порции сомнений и тревог. Пытаясь вернуть утраченный жизненный сюжет, он всё больше отдаляется от людей и погружается в ощущение безысходности. Лечение ведёт психиатр Мари Хэриман, которая настаивает на ряде экспериментов, рассчитывая вернуть герою память любой ценой, что вызывает у Бэрни сомнения и внутренний протест. В стенах больницы он подружился с юным Маццо, больным тем же недугом, и тот знакомит его со своей сестрой Кэсси. Возрастание чувств к Кэсси становится для Бэрни импульсом, заставляющим мозг по-новому пересказывать прошлое. Но эти эмоции приносят не только свет, но и новые трудности: что из того, что он помнит, реально, а что — плод искажённой памяти? Бэрни стоит перед выбором между иллюзиями и тем, что может стать его настоящим «я».