若干时日以前，正值新婚的谢尔比夫妇遭到了一名歹徒的袭击，凶犯残忍地杀害了莱昂纳多的妻子，莱昂纳多自己虽然从死亡线上挣扎了回来，却因为脑部的严重损伤而得了一种奇怪的“短期记忆丧失症”，从此他只能记住几分钟前发生的事情。尽管在警方看来，这是一起每天都会发生的普通抢劫案件，但是莱昂纳多的生活却从此彻底改变了，不满于警方草草结…

道姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥 饰）与同事阿瑟（约瑟夫·高登-莱维特 饰）和纳什（卢卡斯·哈斯 饰）在一次针对日本能源大亨齐藤（渡边谦 饰）的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。齐藤威逼利诱因遭通缉而流亡海外的道姆·柯布帮他拆分他竞争对手的公司，采取极端措施在其唯一继承人罗伯特·费希尔（希里安·墨菲 饰）的深层潜意识中种下放弃家…