Главный герой фильма Леонард Шелби (Гай Пирс), следователь страховой компании, разыскивает убийцу своей жены.
Сложность заключается в том, что Леонард пережил тяжёлую травму головы и, вследствие антероградной амнезии, не может удержать в памяти ничего дольше 15 минут, - ему постоянно приходится оставлять самому себе напоминания: записки, фотографии, даже татуировки, чтобы в сознании оставались те люди, места и события, которых, увы, не может сохранить его память.
В расследовании ему помогает человек по прозвищу Тедди (Джо Пантолиано) и девушка Натали (Кэрри-Энн Мосс), но он не может доверять никому из них.
Интрига киноленты заключается в скрытой от Леонарда части расследования — той, что осталась в недавнем прошлом.
Чтобы дать возможность зрителю взглянуть на происходящее глазами главного героя, режиссёр использует инвертированную композицию, - в одной из плоскостей повествования изложение разбито на пятиминутные отрезки, которые следуют друг за другом в обратном порядке. Каждый следующий фрагмент показывает, чем обусловлены события предыдущего.
Пятиминутные отрезки разбавлены трехминутными черно-белыми вставками, в которых время течет в обычном порядке. В конце фильма обе сюжетные линии сходятся воедино и черно-белая картинка обретает цвет. С этого момента зритель может восстановить полную хронологию событий.
В режиссёрских комментариях к фильму Нолан так описывает его:
Весь фильм — это взгляд внутрь: в личную реальность человека, в его жизнь; взгляд в то, с чем вынужден постоянно бороться человек: сам с собой и, конечно, с окружающей реальностью тоже. Кроме того, это взгляд на жизнь и мысли человека, чьё восприятие реальности и чей способ жизни полностью отличается от общепринятого. И я очень надеюсь, что мы поможем задуматься над собственным подходом к жизни. «Помни» — это взгляд внутрь, но это также и возможность взглянуть на мир глазами другого человека.