ג'ואל בריש (ג'ים קארי) מגלה שקלמנטיין קרוצ'ינסקי מחקה את הזיכרונות שלה ממנו באמצעות טיפול ניסיוני שמוחק אהבות כואבות. נחרד מהגילוי, ג'ואל מחליט לעבור את אותו התהליך בעצמו כדי למחוק את כל הזיכרונות שקשורים אליה. במהלך הטיפול, כשהמוח שלו נסרק ונמחק, ג'ואל מתחיל להיזכר מחדש ברגעים היפים והכואבים שחלפו ביניהם, ומגלה שהוא עדיין מאוהב בקלמנטיין. הוא מנסה להיאבק בתהליך המחיקה ולברוח מתוך זיכרונותיו כדי לשמור על מה שנשאר ממנו. במקביל, ד"ר הווארד מירז'ווייק וצוותו מנסים להשלים את הטיפול ולמחוק את הזיכרונות לחלוטין, אך ג'ואל מתנגד לכך בכל כוחו. הסרט משלב אלמנטים של מדע בדיוני ורומנטיקה, ומעמיק בשאלות על טבע הזיכרון, האהבה והזהות האישית. דרך מסעו של ג'ואל, הסרט בוחן כיצד הזיכרונות מעצבים את מי שאנחנו, וכיצד האהבה יכולה להתגלות מחדש גם כאשר מנסים למחוק אותה. ככל שהטיפול מתקדם, ג'ואל מתמודד עם הפחדים והכאב שמעוררים הזיכרונות, ומבין שהמחיקה אינה פתרון אלא רק מסע מורכב של התמודדות עם העבר. בסופו של דבר, הסיפור מציג את הקונפליקט בין הרצון לשכוח לבין הצורך לזכור, ואת הכוח של האהבה להתמיד למרות כל הקשיים. ג'ואל וקלמנטיין מוצאים עצמם שוב נפגשים לאחר תהליך המחיקה, מגלים שהזיכרונות שלהם נמחקו אך הרגשות עדיין קיימים. הם מחליטים לנסות להתחיל מחדש, למרות הסיכון לחזור על טעויות העבר. ד"ר מירז'ווייק וצוותו ממשיכים לפקח על התהליך, אך מבינים שהמחיקה אינה פשוטה כפי שחשבוה. הסרט מדגיש את המורכבות של הזיכרון האנושי ואת הקשר ההדדי בין זהות אישית לזיכרונות. באמצעות סצנות ויזואליות מרהיבות ועריכה חדשנית, הסרט מצליח להעביר את תחושת האובדן והתקווה בו זמנית. בסופו של דבר, המסר המרכזי הוא שהאהבה והזיכרונות, גם אם כואבים, הם חלק בלתי נפרד מהחיים ומהעצמי, ושמירתם מאפשרת צמיחה אישית והבנה עמוקה יותר של הקשר האנושי.
