Джоэл, застенчивый и меланхоличный молодой человек, ведет серую и однообразную жизнь. Однажды, вместо того чтобы следовать по привычному маршруту на работу, он принимает спонтанное решение и садится на электричку, направляющуюся к морю. На берегу он замечает девушку с ярко-синими волосами, которая привлекает его внимание.
Во время возвращения в вагоне они случайно пересекаются и начинают разговор. В процессе общения Джоэл осознает, что между ним и Клементиной существует удивительное родство, словно они знакомы уже давно. Постепенно он начинает вспоминать, что на самом деле они были парой, и у них есть множество общих воспоминаний.
Однако вскоре Джоэл сталкивается с неприятной истиной: их отношения были предметом эксперимента, в ходе которого они решили стереть воспоминания друг о друге. Это открытие заставляет его задуматься о том, что значит любовь и как важны воспоминания, даже если они болезненные. Восстанавливая фрагменты своего прошлого, Джоэл пытается понять, каковы его истинные чувства к Клементине и стоит ли продолжать эту борьбу за то, что было.
Фильм погружает зрителя в мир эмоций и размышлений о том, как память формирует нашу личность и отношения. Джоэл оказывается перед выбором: оставить всё в прошлом или рискнуть вновь открыть для себя любовь, несмотря на все преграды.
