An einem Valentinstag fühlt Joel Barish den Impuls, nach Montauk zu fahren, anstatt zu arbeiten. Nachdem er den kalten Tag am Strand verbracht hat, trifft er auf dem Bahnhof Clementine Kruczynski, und die beiden verknallen sich ineinander. Joel und Clementine wissen nicht, dass sie in der Vergangenheit befreundet waren. Joel hat Clementine aus seinen Erinnerungen löschen lassen, als er feststellte, dass Clementine genau dasselbe tat, als ihre Beziehung endete. Im Laufe seines Löschvorgangs wehrt sich sein Unterbewusstsein und sucht Schlupflöcher indem es die "Löschtrupps" auf falsche Fährten lockt, die bis in seine Kindheit reichen. Es kämpft dafür, die Erinnerungen an schönen Momente der Beziehung zusammenzuhalten.