外向沉穩(wěn)的約爾?巴瑞斯（金?凱瑞 飾）在一次聚會中認(rèn)識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持中度過。2004年情人節(jié)前夜，當(dāng)約爾精心預(yù)備好禮物，為不久前一次爭持找到克萊門汀道歉時，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，克萊門汀根本都不記得他了。原來沖動的克萊門汀受不了二人來往中爭持的痛苦，到“忘情診所”，把關(guān)于約爾的記憶刪除得一干二凈。約爾無法原諒克萊門汀的率性，也無法忍受失去她的痛苦，所以他也到了“忘情診所”，請求醫(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，約爾在自己的記憶中游走，他發(fā)現(xiàn)和克萊斯汀一路度過的那些時光，無論是痛苦還是甜蜜，都彌足珍貴，他并不想忘記這個自己深愛的女人。可是，程序一旦啟動就無法逆轉(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)實中克萊斯汀本來沒有出現(xiàn)過的時間角落，以留存這份愛情……