En un futuro cercano, Nicolas Bannister (Hugh Jackman) tiene un negocio que consiste en que sus clientes puedan revivir cualquier recuerdo que deseen. Su vida cambia cuando conoce a Mae (Rebecca Ferguson), una mujer que sólo acude a la consulta para poder recordar dónde dejó sus llaves. Pero este encuentro, pronto se convierte en un apasionado romance. Sin embargo, un día Mae desaparece sin razón y Nick se queda desolado. Hará todo lo posible por encontrarla, lo que implicará volver al pasado para descubrir la verdad sobre la mujer de la que se ha enamorado.