作家志望のエディ・モーラ（ブラッドリー・クーパー）は出版契約を交わしたにもかかわらず、原稿を一行も書けていない。ホームレスのような風貌で酒に溺れ、恋人のリンディ（アビー・コーニッシュ）も彼の元を去っていく。エディは街で、元妻メリッサの弟ヴァーノン（ジョニー・ホイットワース）と偶然再会する。薬品会社のコンサルタントを自称するヴァーノンはエディの窮状を知ると、開発されたばかりの新薬NZT48を差し出す。通常20％しか使われていない脳を100％活性化する薬だという。エディがその薬を飲むと、脳に埋もれていた過去の全ての記憶から情報を集める能力が覚醒し、一晩で傑作小説を書き上げる。翌朝目覚めると元の自分に戻っていたエディは、ヴァーノンを訪ねる。ヴァーノンは顔に殴られた跡があり、外出できないと言う彼の代わりにエディが用事を済ませに行く。エディが戻ると、部屋は荒らされ、ヴァーノンは死んでいた。エディは通報した後、新薬が狙われていることに気づき、薬を見つけて持ち出す。大量の薬を手に入れたエディの人生は一変し、さらに証券取引に挑戦する。エディは金貸し屋ゲナディ（アンドリュー・ハワード）から元手を借りて、10日間で1万2000ドルを230万ドルにする。大物投資家カール・ヴァン・ルーン（ロバート・デ・ニーロ）はエディに目をつけ、史上最大規模の会社合併の話を持ちかける。エディはリンディとの関係も修復し、成功を手に入れたかに思えた。しかし突然、エディの身体に異変が起こる。一夜を共にした女性が死体で発見されるが、前後の記憶が欠落している。エディはヴァーノンの顧客リストに電話する。すると、3人は死亡、あとは病気を患っていた。さらにリストの番号を押すと、数日前からエディを尾行していた男の携帯が鳴る。エディがとっさに逃げ出すと、男も追いかける。エディは男をまき、メリッサと再会する。やつれて変わり果てた彼女は、新薬に関する恐ろしい秘密をエディに告げる。