故事發生在2025年，因為和妻子張代晨（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【shù】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）的窮追不舍讓他逐漸發現，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）、記憶中浮現出的神秘女子（許瑋甯 飾），似乎也和真相有著千絲萬縷的聯系，一場記憶燒腦戰也隨之開始。