Después de una relación muy conflictiva con su ex pareja y una más dolorosa ruptura, Clementine (Kate Winslet) se pone en manos de un especialista, el Dr. Howard Mierzwiak (Tom Wilkinson), capaz de borrar todas las memorias. Cuando su ex novio, Joel (Jim Carrey) se entera del experimento, decide ir al médico con el fin de deshacerse de su memoria cualquier alusión a esa pareja. Sin embargo, aunque el equipo de especialistas llevó a cabo una terapia exitosa, Joel comienza a sentir de nuevo una conexión especial con la clementina. Hay casos en los que el corazón bombea más de la ciencia.