莱尼夫妇在新婚不久后遭遇了一次入室抢劫，两名歹徒奸不但*了他的妻子，而且还在搏斗中致使莱尼换上了“短期失忆症”，使得他的记忆仅能保留十分钟。影片被彩色、黑白两种色调截然分成两条线索，彩色倒序、黑白正序，前者模拟莱尼的短期记忆，后者是残存于莱尼脑海中的长期记忆。
以正常的时空顺序将两条线索重作梳理的话，便能对剧情有更好的理解。莱尼在警察泰迪的帮助下手刃了那两位歹徒，复仇后拍照留念。随后泰迪心生歹意，打算利用莱尼的复仇*和“健忘症”将其“复仇线索”导向毒贩吉米。莱尼在泰迪的误导下*死，后者则独吞了毒贩留下的20万美金。
莱尼错将吉米女友的便签当做留给自己的，便来到酒馆结识娜塔莉，后者再一次利用莱尼的病症让他除掉了威胁自己的同伙多德。而已经无法辨识真假的莱尼则将坏警察泰迪的车牌号列入了凶手的线索清单，最终再一次手刃了“*妻凶手”。
穿插其间以正常循序演进的另一条线索，是莱尼发生意外前作为保险公司理赔调查员跟进的一个案件。萨米同样患有“短期失忆症”，她的妻子向保险公司索赔，但除非证明萨米所患的是身体疾病而并非心理疾病理赔协议才能履行。
莱尼通过一段时间对萨米的观察，认为萨米的“短期失忆症”仅是心理障碍并非生理障碍，便向公司提交结果——不予理赔。萨米的妻子相信了莱尼的结果，让丈夫为自己注射胰岛素，但萨米的身体似乎并未产生任何记忆，结果导致妻子胰岛素过量死亡。其实这个事件也是莱尼在记忆虚构的，真正的主角是他自己和在歹徒侵犯后生还的妻子，而*死妻子的真正凶手却是莱尼自己。
有些观众也会诟病，在惯常思维的统摄下原本无比清晰的事件，却让诺兰剪硬生生地剪成了这么一个鬼样子，简直是故弄玄虚。但诺兰的初衷就是要让拥有正常记忆能力的观众在观影中获得“短期失忆症”患者的体验。那种将脑海深处已经被篡改过的长期记忆作为生存的原动力，同时又被走马灯般一闪而过的瞬时记忆不断折磨的绝望处境。
2、西方叙事艺术的源头——荷马史诗
任何一种新思想都从古代思想溯出其源头，就像尼采的超人哲学、永恒回归理念，来自于古希腊的狄俄尼索斯（酒神）精神，萨特的虚无主义世界观、存在主义哲学来源于古代的诺斯替主义。艺术形式同样如此，《记忆碎片》中的被发挥到极致的“倒序手法”其源头看也一直追溯到西方文学的原点——荷马史诗。
