故事發生在2025年，因爲和妻子張代晨（徐靜蕾 飾）婚姻破裂，男主角江豐（黃渤 飾）走進記憶大師醫療中心接受手術，卻不料手術失誤記憶被錯誤重載，他莫名其妙變成了“殺人兇手”。警官沈漢強（段奕宏 飾）的窮追不捨讓他逐漸發現，自己腦內的錯誤記憶不僅是破案的關鍵，更是救贖自己的唯一希望。與此同時，妻子身邊出現的女人陳姍姍（楊子姍 飾）、記憶中浮現出的神祕女子（許瑋甯 飾），似乎也和真相有着千絲萬縷的聯繫，一場記憶燒腦戰也隨之開始。