Джоэл (Джим Кэрри) и Клементина (Кейт Уинслет) страстно любят друг друга. Но, как это часто случается, страсть проходит, и бывшие влюблённые расстаются. Клементина обращается за помощью к доктору Говарду Мержвику (Том Уилкинсон), разработавшему технологию удаления воспоминаний, что забыть всё, что связывало её с Джоэлом. Узнав об этом, ошеломлённый Джоэл тоже решает пройти процедуру.
Но на полпути он останавливается, потому что доктор успел стереть весь негатив их отношений, оставив первоначальную страсть. Где-то в глубине мозга, Джоэл начинает сопротивляться процедуре. И пока команда доктора (Кирстен Данст, Марк Пуффало, Элайджа Вуд) пробирается через лабиринт его воспоминаний, становится ясно, что Джоэл просто не может выкинуть Клементину из головы.
