在这个部分，记忆大师将整个规则说的很清楚：
第一条，删除的并不是记忆，而是经历这件事的感觉，是作为一个旁观者来看待整个事件；
第二条，世界上没有任何一台机器可以读取记忆晶片里的内容，记忆大师只负责保管的安全而不负责内容的安全，同时排除了其他机构或个人得知记忆内容的可能性；
第三条，第一次删除的记忆后，如果想恢复记忆，那么72个小时后会永远停留在脑海中，但若是恢复后第二次删除，则是永远的消失，目前的技术没有办法把同样的记忆拿出来两次；
第四条，如果选择恢复记忆的话，需要两到三个小时的睡眠来恢复，同时在这72小时内重载的记忆是不连续且碎片化的；
第五条，如果错误载入了其他人的记忆，那么在这段错位回忆中出现的角色面孔会改变为这个新的载体，这个被错误载入记忆的人会逐渐形成一种复杂的人格，会受到原始记忆人性格的影响，包括一些习惯性的动作；
在这样五条定律的前提下，我们来看整部电影的情节出现顺序。
故事的背景被设定在T国（有些像“天国”的意思），开篇是一个小女孩喃喃自语，口中数着从一到一百的数字。此时邻居敲门询问是不是父母吵架需要帮忙，时间是晚上九点零一分。
晚上九点零三分（后面提到，邻居确认没事后竟然两分钟就出了命案，暗指小女孩与凶手之间的关系紧密，帮助其脱罪），警察局接到了小女孩的报警，称其母被其父*死。
另一个场景，江丰在记忆大师的中心标注自己想要删除的记忆，并顺利清除了这些经历的感觉（此时他们夫妻一直以来都在纠结没有孩子的问题）。在走出中心的时候，他看到一对男女的纠缠，男人拥抱了自己已经彻底失去记忆的老婆（第二次取出记忆），并在头颅重叠时对自己的脑袋开了枪，两人都倒在血泊中。（两个人都进了“天国”，此处暗指删除记忆并不能解决现实生活中遇见的难题）
在这场混乱中，江丰的记忆号码牌与沈汉强（段奕宏饰演）的号码牌被双方拿错，于是就开始了错位记忆的故事。
此时江丰的太太张代晨（徐静蕾饰演）已经*（但她并没告诉江丰），所以她希望自己的先生取回记忆。于是，这段*人犯的记忆就这样被植入了江丰的大脑。
第一次重载中，他发现回忆里竟多出一个陌生的女性李慧兰（王真儿饰演），同时还看到一个死在浴缸里看不清脸的女人。他跑去警察局，结果意外看到了放在桌上李慧兰的照片（这点有些扯，警察局怎么会允许一个因打伤人而被抓的犯人随意溜达，当然为了推进剧情只能如此），同时也看到了主办此案的沈汉强（因为错位记忆是第一主观视角，所以江丰只能看到经历的场景，看不到具体是谁做了这些，所以两人并不认识对方）。
在审讯江丰时，他习惯地用手指去敲击桌子（注意这个细节，因为之后会出现沈汉强不经意间露出的马脚）。在审讯中，江丰表明“看到凶手把李慧兰淹死在浴缸里”（此时段奕宏的演技超绝，他表现得泰然自若，但心里清楚此时的记忆还没有形成链条，他要改变这一切还来得及）。在得知江丰是因为去了记忆大师那里删除感觉之后，以办案为由，他对手下说：“我去记忆大师那一趟，有事打电话”（其实是在此时重载了江丰删除的记忆）。
沈汉强的徒弟雷警官拍醒了正在沉睡的他（因为重载记忆需要两到三小时的睡眠来恢复，侧面印证沈去恢复记忆的事实），并且调侃他的车破旧到应该换了（注意这个开车门的细节，因为沈的车后座无法从里面打开，唯有摇下车窗从外面扣动才行）。之前，沈的徒弟给自己师父打电话：“师父你怎么还没回来”，沈汉强的回答是：“我还在记忆大师这呢”（说明他确实在记忆重载，目的是为了能够了解江丰的为人，方便做局干掉他保住自己）。
师徒两人回到李慧兰的案发现场*剧情，沈汉强有意推雷警官下楼梯，进而找到李慧兰丢失的隐形眼镜（证实江丰所言不假，沈一人办案不足为信，要别人也能将整个案件的脉络数清才行）。雷警官一开始以为江丰在编故事博取知名度，但在后来这一段片段重述中，他相信了整个记忆乌龙事件。江丰提到，李慧兰从楼梯上摔下来之后，突然看不清楚东西，因为她有高度近视。此时，雷警官开始相信江丰的话是真的，并通过记忆中心的监控录像证实了其与另外一人拿错号码牌的真相。
片中多次提及江丰的两部作品，早期的《夜雨》以及他成名后改编为电视剧大热的《无声鸟》。李慧兰家里有《无声鸟》这本书，李慧兰命案当晚邻居看的是《无声鸟》改编的电视剧。
沈汉强的每次盘问都在进行一场博弈，他在查案过程中分析每一个角色知道的细节有多少，进而来丰富这个局的细节（比如与李慧兰邻居的对话中，得知她在看电视剧《无声鸟》没有留意自己的离开）。他必须在江丰的记忆全部恢复之前将其全程控制，在江丰每次想要逃跑的时候都要及时抓住他，这样才能按照自己的计划走，达到嫁祸他人，让江丰将替罪羊陈姗姗（杨子珊饰演）*死，并自己合理执法误*江丰的目的。他在童年时对自己母亲家暴的阴影，变成一种希望通过*死李慧兰而解脱同类女性的心理。于是，沈对李慧兰这种自暴自弃的女人很失望，于是决定亲自了解她的生命。因为即便李航（李慧兰的丈夫）如何酒醉施暴，她都因为自己的女儿选择不离婚。为了逼走沈汉强，李慧兰用刻薄的语言：“我是不会爱你的，你让我觉得恶心”来激怒他（其实沈更倾向于视李慧兰为自己的母亲），沈汉强在想明白一切之后，用地上的酒瓶敲晕了李慧兰，并带着办案所用的手套让她窒息而死。
沈父在年轻的时候经常对他的妈妈进行拳打脚踢，有一次甚至飙车以性命相逼才让母子两人重回自己身边（在车后座尿裤子，表示当时记忆的角色还是小孩子，并且对其父亲有恐惧心理），还有一次在海里玩耍时企图淹死这两母子。在沈母（许玮甯饰演）被自己父亲家暴之后，沈母说：“帮我拿两片止痛药”。黄渤是拿了椅子垫脚去拿的（说明身高很矮，是小孩子），结果故意拿成了安眠药（为了解救自己的母亲，好像解救李慧兰是一个道理）。于是沈母因服用安眠药而死在浴缸里（沈汉强认为解脱她的方式，并在门缝里看到她在浴缸里挣扎而死的全过程）。
