乔尔（金·凯瑞饰）的性格没有问题，但他的生活却出了大问题——相恋多年的女友克莱门蒂娜（凯特·温斯莱特饰）突然变成了一个对自己没有丝毫感觉的陌生人。没有第三者的介入，只因为克莱门蒂娜在一次接受精神病专家霍华德博士（汤姆·维尔金森饰）的实验中失忆了，而所失去的又偏偏是对两人来说分外珍贵的感情经历。这一切对乔尔来说无异于晴天霹雳。

饱受情感折磨的乔尔想尽种种办法试图唤醒克莱门蒂娜那沉睡的记忆，可惜历经周折也没有任何结果，两人的距离在不断拉大。心灰意懒的乔尔最终拜访了霍华德博士，请求他也清除自己大脑中有关克莱门蒂娜的记忆，以消除那无法抑制的痛楚。

乔尔的爱情记忆逐步消逝的同时，那早已淹没在平凡生活中的初恋激情却暗自勃发，重新焕发了光彩。而霍华德博士以及他那三个荒诞搞笑的助手（分别由克尔斯腾·邓斯特、伊利亚·伍德与马克·鲁法罗饰演）虽费尽心机 ，但依旧没能成功熄灭乔尔心灵深处对克莱门蒂娜那份炽热的爱情之火。美丽心灵中那最后一抹阳光被永恒地保存了下来。