外向沉稳的约尔•巴瑞斯（金•凯瑞 饰）在一次聚会中认识了率真随性的克莱门汀•克罗斯基（凯特•温丝莱特 饰），二人成为情侣。和通俗的情侣一样，他们的日子也在甜蜜和争持中渡过。
2004年恋人节前夜，当约尔精心预备好礼物，为不久前一次争持找到克莱门汀道歉时，他惊讶地发明，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来往中争持的痛苦，到“忘情诊所”，把关于约尔的记忆删除得一干二净。
约尔没法原谅克莱门汀的率性，也没法忍耐落空她的痛苦，以是他也到了“忘情诊所”，请求大夫霍华德博士（汤姆•维尔金森 饰）消除关于克莱门汀的记忆。
记忆清除程序起头启动，约尔在自己的记忆中游走，他发明和克莱斯汀一路渡过的那些韶光，不管是痛苦还是甜蜜，都弥足珍贵，他并不想遗忘这个自己深爱的女人。可是，程序一旦启动就没法逆转，约尔只能想尽法子把克莱斯汀藏到记忆最深的处所，那些现实中克莱斯汀原本没有出现过的时候角落，以留存这份爱情……
