In un mondo dove la memoria può essere cancellata, Joel Barish scopre che la sua ex fidanzata, Clementine, ha deciso di rimuovere ogni ricordo della loro relazione dolorosa. Disperato e confuso, Joel decide di sottoporsi alla stessa procedura, ma durante il processo si ritrova a rivivere momenti preziosi della loro storia d'amore, dai più felici ai più tristi. Mentre le immagini svaniscono, Joel lotta per trattenere ciò che è più importante, mettendo in discussione il valore dei ricordi e l'essenza dell'amore. La sua ricerca di connessione si intreccia con il desiderio di liberarsi dal dolore, creando un conflitto interiore che lo porterà a scoprire cosa significa davvero amare.