Leonard Shelby otsib meest, kes vägistas ja mõrvas tema naise. Tema naise mõrvari leidmist raskendab aga asjaolu, et ta kannatab harvaesineva ja ravimatu lühiajalise mälukaotuse all. Kuigi ta suudab meenutada üksikasju elust enne õnnetust, ei mäleta Leonard, mis juhtus viisteist minutit tagasi, kuhu ta läheb või miks.
Joel (Jim Carrey) ning Clementine (Kate Winslet) on paar, kel on olnud küllaltki rahutu ning omapärane suhe. Kuid ühel päeval laseb Clementine kõik nende ühised mälestused enda peast eemaldada. Suurde masendusse langenud Joel pöördub seepeale Dr. Mierzwaiki (Tom Wilkinson) poole ning laseb Clementine'l ka enda peast kaduda. Protsessi käigus, kui Joel'i mälu tasapisi kustub, avastab ta nende ammu ununenud kire ning üritab seepärast veel alles oleva mälu alles jätta. Nüüd on Dr. Mierzwaikil ning tema meeskonnal tükk tegemist, et protseduur peatada ...
Aastal 2035 mõistis James Cole süüdimatult vabatahtlikult tagasi vabatahtlikud, kes saadeti tagasi, et avastada surmav viirus, mis hävitas peaaegu kogu maakera elanikkonna ja sundis ellujäänud maa-alustesse kogukondadesse. Kuid kui Cole saadetakse ekslikult 1996. aasta asemel 1990. aastasse, arreteeritakse ta ja ta lukustatakse vaimuhaiglasse. Seal kohtub ta psühhiaatri dr Kathryn Railly ja kuulsa viiruseeksperdi poja Jeffrey Goinesega, kellel võib olla salapärase petturirühma - 12 ahvi armee - võti, kes vastutab tapjahaiguse vallandamise eest.