Clementine(Kate Winslet饰) 是一个直率的女孩，崇尚自由与冒险，
总把一头长发染成各式各样的鲜艳颜色，性格冲动，喜爱民族风的摆饰；
Joel(Jim Carrey饰) 是一个寡言单纯的男孩，时常随身携带笔记本画画或写字，易感、不善与人交际。

原是恋人的两人，在Clementine决定到忘情诊所（LACUNA）将关于Joel的所有记忆消除之后，产生变化。
Joel伤心之余，决定也以同样的方式来忘记Clementine。
却在消除记忆手术的过程中，Joel发现原来他仍然想要保有与Clementine之间的记忆，
于是在自己的回忆里与科技抓迷藏，企图抢救他与Clementine的私密回忆。

「记忆是情绪的核心，一旦抽离那些情绪，记忆也将随之消逝。」
Joel的手术大致上是「圆满」地成功了，故事重复片头那个看似寻常的早晨。
我们会再次看到这对恋人重逢，却又如奇迹般再次相恋。
即使两人都动完手术，记忆不再，可是情绪、或说是感觉，让两人命运继续缠绕在一起！

就在两个人对于对方的回忆都已被完全消除之际，忘情诊所（LACUNA）的员工Mary(Kirsten Dunst饰)，
发现她自己对诊所老板Dr. Haward(Tom Wilkinson饰)的倾慕之情，而她自己原来也曾遭忘情手术的消除，
于是决定让所有接受过清除记忆手术的病人收到他们的病历表与录音带。

而Clementine和 Joel在清除记忆之后，再一次地邂逅；
随著他们收到Mary所寄回的忘情诊所病例与录音带，终才明白，原来他们早已是一对曾刻骨铭心的恋人。