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.

A Londres, Anna (Naomi Watts), una llevadora que treballa en un hospital, decideix investigar la identitat d'una adolescent que mor al parir. I a partir del diari que va deixar escrit en rus, descobreix una perillosa banda mafiosa russa. En aquesta banda, l'enigmàtic xofer Nikolai (Viggo Mortensen) es veu enxampat entre la lleialtat al grup mafiós i l'amor per Anna.

Simbad i la seva tripulació intercepten un animal fantàstic que transporta un medalló d'or. El príncep Koura, el creador de l'animal i practicant de màgia negra, desitja recuperar el medalló i persegueix a en Simbad. Però el medalló no és pas complet, només ajuntant les tres peces revelarà el seu secret, un secret que també anhela conèixer el Gran Visir de Maràbia. En la seva companyia i empaitats tots dos per Koura, Simbad navegarà cap a la llegendària terra de Lemúria.