内向稳重的约尔·巴瑞斯（金·凯瑞饰）在一次聚会中结识了率真随性的克莱门汀·克罗斯基（凯特·温丝莱特饰），两人成为情侣。他们的生活充满了甜蜜和争吵，就像普通情侣一样。2004年情人节前夕，约尔为了向克莱门汀道歉，精心准备了礼物，但他惊讶地发现克莱门汀竟然完全不记得他了。原来，克莱门汀因为无法忍受他们之间的争吵，去了一家名为“忘情诊所”的地方，将关于约尔的记忆全部删除了。约尔无法原谅克莱门汀的任性，也无法忍受失去她的痛苦，所以他也去了“忘情诊所”，请求医生霍华德博士（汤姆·维尔金森饰）取消关于克莱门汀的记忆。记忆扫除的过程开始了，约尔在自己的记忆中回忆着和克莱门汀一起度过的那些时光，无论是痛苦还是甜蜜，都是珍贵的。他不想忘记这个他深爱的女人。然而，一旦步骤开始，就无法逆转，约尔只能尽力将克莱门汀藏在最深的记忆角落，那些现实中从未发生过的时光里，以保留这段爱情……
