1927年4月21日,革命局势急转直下。以蒋介石为首的国民政府发动了震惊全国的“四·一二”反革命政变,对共产党人进行了血腥的围剿和屠杀。举国上下风声鹤唳,十里洋场更是哀鸿遍野。在这起事件中,一个小人物的命运被改变了。他名叫板凳(王宝强 饰),自幼便成了孤儿,多年来一直为杂技团齐班主(午马 饰)收养。在帮师傅搭救的途中,他遭遇了共产党人和青帮以及国民党特务的枪战。与他一同遭遇枪战的还有师兄常墩子。常的真实身份是共产党员,他正带着女孩红儿去和地下党员唐雪梅(小陶虹 饰)街头。常死前将红儿托付给板凳,板凳被迫成为了女孩的父亲。
与此同时,国民党方面积极追查重要情报“火种”的下落,攸关革命存亡的时刻渐渐到来……。内向沉稳的约尔•巴瑞斯在一次聚会中认识了率真随性的克莱门汀•克罗斯基,二人成为情侣。和普通的情侣一样,他们的日子也在甜蜜和争吵中度过。
2004年情人节前夕,当约尔精心准备好礼物,为不久前一次争吵找到克莱门汀道歉时,他惊讶地发现,克莱门汀根本都不记得他了。原来冲动的克莱门汀受不了二人交往中争吵的痛苦,到“忘情诊所”,把关于约尔的记忆删除得一干二净。
约尔无法原谅克莱门汀的任性,也无法忍受失去她的痛苦,所以他也到了“忘情诊所”,请求医生霍华德博士消除关于克莱门汀的记忆。
记忆清除程序开始启动,约尔在自己的记忆中游走,他发现和克莱斯汀一起度过的那些时光,无论是痛苦还是甜蜜,都弥足珍贵,他并不想忘记这个自己深爱的女人。但是,程序一旦启动就无法逆转,约尔只能想尽办法把克莱斯汀藏到记忆最深的地方,那些现实中克莱斯汀本来没有出现过的时间角落,以保存这份爱情……。