Jim Carrey interpreta Joel, um homem magoado por sua namorada tê-lo deletado (literalmente) de sua memória. Inconformado, resolve retribuir na mesma moeda e procura o Doutor Howard Mierzwiak para passar pela mesma experiência. No decorrer da operação, Joel percebe que, na verdade, ele não quer excluir Clementine de sua vida, e sim manter bem viva em sua memória os momentos em que estiveram felizes. A partir de então, ele enfrenta uma incrível luta dentro de sua própria cabeça para que essas memórias continuem vivas dentro de si, em mais uma loucura sensível de Charlie Kaufman.