Después de una ruptura dolorosa, Joel Barish se queda destrozado al enterarse de que su ex novia, Clementine, ha decidido borrar todos los recuerdos de su relación. Decide tomar medidas drásticas y ponerse en contacto con el inventor del proceso que ha permitido a Clementine eliminar de su memoria todos los momentos que compartieron juntos, tanto buenos como malos. Con la intención de hacer lo mismo, Joel quiere olvidar el dolor y la tristeza que le ha dejado la relación, pero a medida que el proceso avanza, comienza a cuestionar su decisión. A través de una serie de flashbacks y recuerdos que se resisten a ser borrados, Joel revive los momentos más intensos de su relación con Clementine y se da cuenta de que, aunque la relación fue tormentosa, también hubo momentos de felicidad y amor verdadero. Ahora, Joel se debate entre su deseo de olvidar y su necesidad de recordar, lo que le lleva a una reflexión profunda sobre el amor, la pérdida y la memoria. Con una mezcla de tristeza, humor y emoción, Joel se sumerge en un viaje interior para descubrir si es posible borrar el pasado o si, por el contrario, es necesario aceptarlo y aprender de él.