Joel Barish, uzun süredir birlikte olduğu sevgilisi Clementine'in çarpıcı bir kararını öğrenir: Clementine, tıbbi bir deneyle Joel'le yaşadığı her anıyı bilinçli olarak hafızasından silmiştir. Bu acı gerçek karşısında Joel de aynı yönteme başvurarak Clementine'le ilgili tüm anılarını sildirmeye karar verir.
İşlem sırasında Joel, zihninde ilişkisinin en samimi ve çalkantılı sahnelerini yeniden yaşar. Başlangıçtaki coşku, tutku ve mutluluk anlarının yanı sıra yavaş yavaş ortaya çıkan yanlış anlaşılmalar, çatışmalar ve hayal kırıklıkları gözlerinin önünden geçer.
Her anı silinirken, Joel ilişkisinin tüm katmanlarını bir kez daha deneyimler.
Ancak en güzel ve özel anlara sıra geldiğinde Joel pişmanlık duymaya başlar.
Tüm bu anıların yok olmasını istemediğini fark eder ve zihninde Clementine'i kaybetmemek için umutsuzca mücadele eder. Silinmekte olan sevgi dolu anılarını kurtarmaya çalışırken, belleğin ve aşkın karmaşık doğasını keşfeder.