在一次偶然的聚会中，内向沉稳的约尔•巴瑞斯（金·凯瑞 饰）邂逅了率真随性的克莱门汀•克罗斯基（凯特·温丝莱特 饰）。二人迅速坠入爱河。然而，与大多数情侣一样，他们的甜蜜时光也伴随着争吵。 2004年情人节前夕，约尔精心准备了一份礼物，想要为最近的争吵向克莱门汀道歉。然而，当他发现克莱门汀完全忘记了他时，他的心沉到了谷底。原来，冲动的克莱门汀受不了他们交往中的痛苦争吵，决定前往“忘情诊所”，将关于约尔的记忆彻底删除。 面对克莱门汀的任性和自己的心痛，约尔也决定前往“忘情诊所”，请求医生霍华德博士（汤姆·维尔金森 饰）帮他消除关于克莱门汀的记忆。 记忆清除程序启动了，约尔开始在自己的记忆中穿梭。他发现与克莱门汀共度的时光，无论是痛苦的还是甜蜜的，都是如此珍贵。他不想忘记这个深爱的女人。但是，一旦程序启动就无法逆转，约尔只能想方设法将克莱门汀藏匿于记忆深处，那些现实中未曾出现的时间角落，以保存这份爱情...