Джоэл узнаёт, что его бывшая девушка Клементина уже избавилась от любых воспоминаний о нём с помощью экспериментальной машины, способной стирать прошлое. Раздавленный этим известием, он решает последовать её примеру и выбросить из головы всё, что было между ними. Процедура запущена: безжалостный компьютерный мозг планомерно уничтожает кадры их знакомства на песчаном берегу, разговор в электричке, ссоры и примирения. Но чем меньше воспоминаний остаётся, тем отчаяннее сердце цепляется за ускользающие образы. Внезапно в памяти Джоэля всплывают самые нежные моменты их чувства, те мгновения, которые он даже не подозревал, что так дорожит. Он осознаёт, что не готов попрощаться с этой историей, что любовь оказалась сильнее технологии. Теперь его единственная цель, найти способ сохранить хотя бы крупицу прошлого, спрятать образ Клементины в потаённых уголках разума, пока машина не стёрла всё окончательно. Это гонка со временем, где на кону стоит сама возможность помнить и любить.