Joel (Jim Carrey) è sconvolto nel scoprire che la sua ex fidanzata Clementine (Kate Winslet) si è sottoposta a una procedura sperimentale per cancellare dalla propria mente ogni ricordo della loro tormentata relazione. Disperato e ferito, Joel decide di fare lo stesso. Ma mentre i ricordi iniziano a svanire uno dopo l’altro, Joel riscopre nel profondo della sua memoria i momenti di pura felicità che avevano condiviso. Improvvisamente consapevole dell’errore, inizia una corsa contro il tempo all’interno della propria mente per nascondere l’immagine di Clementine e salvare il loro amore dall’oblio definitivo. Un viaggio visivamente straordinario nei labirinti del rimpianto e del destino.