内向的で冷静なジョエル・バリス（ジム・キャリー演じる）は、率直でカジュアルなクレメンタイン・クロスキー（ケイト・ウィンスレット演じる）とパーティーで出会い、二人は恋人同士になる。普通のカップルと同じように、甘さや喧嘩に明け暮れる日々。 2004年のバレンタインデーの前夜、ジョエルが慎重にプレゼントを用意し、少し前に口論になったことを謝ろうとクレメンタインに近づいたとき、クレメンタインが自分のことを全く覚えていなかったことに驚いた。衝動的なクレメンタインは二人の喧嘩の痛みに耐えられず、ジョエルとの記憶をすべて消去するために「物忘れ診療所」に行ったことが判明した。ジョエルはクレメンタインのわがままを許せず、クレメンタインを失う痛みに耐えられず、「物忘れクリニック」に行き、医師のハワード博士（トム・ウィルキンソン演じる）にクレメンタインの記憶を消してもらうよう頼んだ。記憶消去プログラムが始まり、ジョエルはクリスティーヌと過ごした時間が、辛くても甘くても、とても大切だったということに気づきました。しかし、プログラムが開始されると、それを元に戻すことはできません。ジョエルは、この愛を守るために、クリステンを最も深い記憶、現実には決して現れなかった時間の隅に隠すために全力を尽くすことしかできません...