Joel descubre que su novia Clementine ha hecho que borren de su memoria todos los recuerdos de su tormentosa relación. Desesperado, se pone en contacto con el creador del proceso, el Dr. Howard Mierzwiak, para que borre a Clementine de su memoria. Pero cuando los recuerdos de Joel empiezan a desaparecer de pronto redescubre su amor por Clementine. Desde lo más profundo de su cerebro intenta parar el proceso. Mientras el Dr. Mierzwiak y su equipo le persiguen a través del laberinto de sus recuerdos, está claro que Joel simplemente no puede quitarse a Clementine de la cabeza.