Joel Barish komt toevallig te weten dat zijn vroegere vriendin Clementine Kruczynski naar een dokter is geweest die zich specialiseert in het wissen van pijnlijke herinneringen, en dat ze daar elk mentaal spoor van hem heeft laten verwijderen. Joel voelt zich gekwetst en besluit op zijn beurt om Clementine bij wijze van wraak volledig uit zijn geheugen te laten wissen door dezelfde dokter. Maar halverwege het 'rebooting'-proces, terwijl hij hun gemeenschappelijke verleden voor het laatst ziet voorbijgaan, bedenkt hij zich: de fijne herinneringen wil hij toch niet kwijt. Hij probeert te redden wat er nog te redden valt...