クリスティーン(ニコール・キッドマン)は、事故の後遺症により毎朝目覚める度に、前日までの記憶が失われてしまう特殊な記憶障害を負っている。夫のベン(コリン・ファース)は、結婚していることや夫である自分のことすらも忘れてしまうそんな彼女を、献身的な愛で支えていた。ある日、ベンの留守中にナッシュ(マーク・ストロング)という男から電話がかかってくる。少し前から夫に内緒でクリスティーンの治療を行っているというその医師は、この数週間、クリスティーンが毎日の出来事を密かに映像日記として撮影していると言い、その隠し場所を告げる。日記を再生したクリスティーンは、自分の記憶障害の原因が何者かに襲われて瀕死の重傷を負ったことによるものだと知るのだった。やがてクリスティーンは“昨日の自分からのメッセージ”を頼りに、真相を追い始めるが……。