近未来、“記憶”は簡単に売買されるようになっていた。大きな戦争を経て正常な環境を失った世界で、人々はわずかな土地を、裕福なブリテン連邦と貧しいコロニーという2つの地域に分けて暮らしている。退屈な日常に飽き、刺激を欲した人々は、人工記憶センターであるリコール社の人工記憶を買って不満を解消していた。コロニーで暮らす工場労働者のダグラス・クエイド（コリン・ファレル）も、来る日も来る日も工場で働く日々にふと嫌気がさし、リコール社を訪れる。しかし、彼が記憶を植えつけようとしたとき、突然、ブリテン連邦のロボット警官隊が襲撃してくる。クエイドは自分でも知らなかった戦闘能力を発揮して逃げ切るが、帰宅すると今度は彼の妻ローリー（ケイト・ベッキンセール）が襲ってくる。ローリーはクエイドに、記憶を消されて新しい記憶を植え付けられただけで、この世にダグラス・クエイドという人物は存在しない、と告げる。ローリーを振り切ったクエイドは、行く先で数々の謎のメッセージを受け取り、メリーナ（ジェシカ・ビール）と出会う。メリーナは信用できるのか？ 自分は誰なのか？ クエイドはその答えを見つけられないまま、ブリテン連邦とコロニーの運命を握る戦いに巻き込まれていく。