Résumé

Un homme amnésique depuis un coup violent sur la tête part à la recherche du meurtrier de sa femme et grâce à l'aide d'un policier et d'une serveuse, il retrouve sa trace...

Depuis son agression, dans laquelle il a reçu un terrible choc à la tête et où sa femme a été tuée par un cambrioleur, Leonard recherche l'assassin de celle-ci, un certain John G.

Il possède depuis ce moment une particularité handicapante : il oublie toute nouvelle information au bout de quelques minutes. Il n'a donc aucun souvenir depuis l'agression et doit pour se rappeler des choses élémentaires (où il habite, qui sont les personnes qu'il rencontre) les photographier à l'aide d'un Polaroïd et écrire le nom du motel où il habite, la plaque d'immatriculation de sa voiture, le nom et prénom des personnes qu'il rencontre et leurs caractéristiques (pour Teddy, il écrit « ne crois pas ses mensonges »), etc. Suivant cette méthode de noter toute information utile ou importante, il se fait tatouer ou se tatoue lui-même les « faits » sur lesquels il doit s'appuyer pour trouver John G.

Le seul but dans sa vie, c'est de venger sa femme en tuant son assassin.

En même temps que l'histoire principale, le héros relate une histoire qu'il aurait vécue avant cet incident. Il était inspecteur pour débusquer les arnaques à l'assurance et sa première mission fut celle-ci :
Un homme, Sammy Jankis, après un accident, n'a plus de mémoire immédiate. Il ne se souvient donc pas de ce qu'il a fait deux minutes avant (comme le héros) et il n'applique pas de méthode pour pallier ce handicap. Il touche donc de l'argent de l'assurance qui le couvrait contre un handicap physique. Mais Leonard, qui rend régulièrement visite a Sammy, a des doutes, car il a l'impression que Sammy le reconnait.

Leonard soupçonne alors une simulation, dont le but serait de toucher l'argent de l'assurance. Il demande donc une expertise, dont la conclusion est que les troubles de la mémoire de Sammy sont d'ordre psychologiques, ce qui n'est pas pris en charge par l'assurance.

Quelques jours plus tard, la femme de Sammy, désespérée, rend visite à Leonard, pour lui demander son avis personnel sur l'état de son mari. Leonard lui répond que son handicap n'est pas d'origine physique. Il omet cependant de lui dire clairement qu'il ne croit pas que Sammy simule pour autant (Leonard a compris que Sammy faisait semblant de reconnaître les gens simplement pour ne pas les décevoir). La femme de Sammy étant diabétique, ce dernier doit lui faire régulièrement des piqûres. Afin de tester si son mari simule, et étant convaincue que son mari l'aimait sincèrement et ne lui ferait jamais de mal, elle décide de le mettre à l'épreuve. Elle lui demande alors sa piqûre d'insuline toutes les 20 minutes (en reculant sa montre et l'horloge d'autant à chaque fois). Sammy lui fait sa piqûre chaque fois qu'elle le lui demande. La femme meurt donc suite à cette « overdose ».

A la fin du film, on découvre que le policier l'avait déjà aidé à retrouver l'assassin de sa femme et que l'amnésique l'avait déjà tué un an auparavant. Leonard a tué le policier, car il a réalisé qu'il le manipulait depuis un an en le faisant assassiner des criminels et des dealers pour son profit. Il s'arrange donc, avec ses polaroïds, pour se convaincre qu'il a enfin trouvé l'assassin de sa femme en faisant tatouer la plaque d'immatriculation du véhicule du policier sur son bras. Ainsi, il finit par se mentir et se convaincre d'avoir vengé l'assassin de sa femme en tuant le policier (alors qu'il avait déjà tué le véritable assassin un an auparavant).

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