故事发生在1958年的西德,乔汉(亚历山大·斐林 Alexander Fehling 饰)是一名法院公诉人,专门负责处理违反交通安全法案的诉讼案件。一天,在法院里,他偶遇了一位名叫托马斯(安德烈·席曼斯基 André Szymanski 饰)的记者正在大声的控诉一位中学教师,他指认对方在二战期间是奥斯维辛集中营的监视人,如今却逃脱了法律制裁。 这一事件的发生引发了乔汉深深的思考,他开始关注起周围的人对于德国曾经的暴行的认知和态度,结果令他震惊。于是,乔汉决定开始着手寻找奥斯维辛集中营的幸存者,并且让他们指认现在仍旧逍遥法外的战犯。随着调查的深入,乔汉震惊的发现,这整件事情牵连的人数之多,就连自己也难逃其咎。。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……。