內(nèi)向沉穩(wěn)的約爾?巴瑞斯（金?凱瑞 飾）在一次聚會(huì)中認(rèn)識(shí)了率真隨性的克萊門汀?克羅斯基（凱特?溫絲萊特 飾），二人成為情侶。和普通的情侶一樣，他們的日子也在甜蜜和爭(zhēng)吵中度過。2004年情人節(jié)前夕，當(dāng)約爾精心準(zhǔn)備好禮物，為不久前一次爭(zhēng)吵找到克萊門汀道歉時(shí)，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，克萊門汀根本都不記得他了。原來(lái)沖動(dòng)的克萊門汀受不了二人交往中爭(zhēng)吵的痛苦，到“忘情診所”，把關(guān)于約爾的記憶刪除得一干二凈。約爾無(wú)法原諒克萊門汀的任性，也無(wú)法忍受失去她的痛苦，所以他也到了“忘情診所”，請(qǐng)求醫(yī)生霍華德博士（湯姆?維爾金森 飾）消除關(guān)于克萊門汀的記憶。記憶清除程序開始啟動(dòng)，約爾在自己的記憶中游走，他發(fā)現(xiàn)和克萊斯汀一起度過的那些時(shí)光，無(wú)論是痛苦還是甜蜜，都彌足珍貴，他并不想忘記這個(gè)自己深愛的女人。但是，程序一旦啟動(dòng)就無(wú)法逆轉(zhuǎn)，約爾只能想盡辦法把克萊斯汀藏到記憶最深的地方，那些現(xiàn)實(shí)中克萊斯汀本來(lái)沒有出現(xiàn)過的時(shí)間角落，以保存這份愛情……