害羞內向的喬爾（金凱瑞 飾）在情人節早晨心血來潮、衝動翹班，並在火車上邂逅了性格直率的克蕾汀（凱特溫絲蕾 飾），兩人一見鍾情、很快陷入了愛河。然而，當喬爾有天去找克蕾汀時，卻發現她竟完全忘記兩人正在交往，甚至已經有了新歡。悲憤交加的喬爾跟朋友訴苦時，意外得知克蕾汀去過「忘情診所」，消除了對兩人的回憶。被甩的喬爾決定走一趟診所，並試圖以同樣方法，消除自己對克蕾汀的所有記憶…。
但在消除記憶前，喬爾必須整理出所有過往的回憶。在這過程中，他對克蕾汀的愛，以及曾經的美好時光依依不捨，一度讓喬爾反悔。然而手術已經開始，喬爾只能拚命在腦中拉著回憶裡的克蕾汀，不斷編造各種記憶來混淆醫師與診所員工…