Leonard és un investigador d'una agència d'assegurances que té la memòria irremissiblement danyada per culpa d'un cop al cap sofert en intentar evitar l'assassinat de la seva dona, aquest és l'últim fet que recorda del passat. Per culpa del cop ha perdut la memòria recent, és a dir, els fets quotidians desapareixen de la seva ment en uns minuts. Així doncs, per investigar i venjar l'assassinat de la seva esposa ha de recórrer a l'ajuda d'una càmera instantània i a les notes tatuades en el seu cos.

Morgan Sullivan és un comptable en l'atur atrapat per un matrimoni sense futur i amb un sol somni: deixar endarrere la seva pesada existència per embarcar-se en una vida de llibertat i emocions. Cercant una sortida a una vida tan poc brillant i per escapar de la seva dominant esposa, decideix incorporar-se a la multinacional Digicorp i convertir-se en un espia industrial. Adoptant una nova identitat, és enviat a espiar a distintes convencions empresarials on haurà de recollir, en secret, tots els detalls i transmetre'ls a Ed Finster el seu malvat cap. Però en el transcurs d'una de les seves missions, Morgan coneix a la bella i esvarosa Rita, la qual li revelarà les vertaderes activitats de Digicorp.

En els seus somnis, un home persegueix una dona vídua i rica. En la realitat ella ho sedueix i ho incita al crim. Mentrestant, un advocat investiga l'assassinat del marit de la dona.

Una nit, el jove metge Jeff Cameron (Robert Mitchum) coneix Margo (Faith Domergue), que ha ingressat a l'hospital després d'un intent de suïcidi. Tot i que és una dona casada, de seguida s'enamoren i es comencen a veure. Accidentalment, el marit de Margo és assassinat. Així, decideixen anar-se'n junts a Mèxic per eludir l'acció de la Justícia.

Una psicòloga criminalista es desperta un dia trobant-se que és una pacient de l'institució on treballa, acusada d'un assassinat que no recorda.