Joel (Jim Carrey) se queda asombrado y aturdido cuando su novia Clementine (Kate Winslet) le informa que ha conseguido borrar del cerebro los recuerdos de su tumultuosa relación. Desesperado, Joel contacta con el inventor del proceso, el Dr. Howard Mierzwiak (Tom Wilkinson) para eliminar cualquier recuerdo de Clementine de su propia memoria. Pero sucede que mientras los recuerdos progresivamente desaparecen, Joel comienza a redescubrir su pasión inicial.