St. Gallen im Zweiten Weltkrieg: Im Irrglauben gehalten, in Deutschland ein grosser Sänger werden zu können, verkauft Herumtreiber Ernst Schrämli einem manipulativen deutschen Nazi-Spion Schweizer Militärinformationen. Als sein gefährliches Spiel auffliegt, wird Ernst in einem fragwürdigen Prozess wegen Spionage und Landesverrats als erster Schweizer zum Tode verurteilt. Im Alter von 23 Jahren wird der naive Ernst von seiner eigenen Kompanie erschossen.

Ein traumatisches Erlebnis bewirkte, dass der ehemalige Versicherungsagent Leonard Shelby (Guy Pearce) sein Kurzzeitgedächtnis verlor: Er musste mit ansehen, wie seine Frau Catherine (Jorja Fox) vergewaltigt und anschließend ermordet wurde. An alles, was davor geschah, kann sich er erinnern, was danach auch passiert, vergisst Leonard spätestens nach 15 Minuten wieder, dann sind seine Erinnerungen gelöscht. Um überhaupt seinen Alltag zu organisieren, nimmt er Polaroid-Fotos auf und macht sich Notizen. Doch sein Leben dient nur noch einem Zweck.