法醫大衛（雷·利奧塔 Ray Liotta 飾）在勘驗現場時發現與妻子被害案完全一致的線索，卻始終無法突破案件僵局。神經學教授瑪莎（琳達·費奧倫蒂諾 Linda Fiorentino 飾）研發的記憶移植藥劑引起他的注意，該技術能使實驗者獲取死者記憶片段。為追查真相，大衛冒險接受移植手術，將已故兇嫌的記憶植入自身大腦。在警匪對峙中唯一目擊者死亡后，他被迫通過移植記憶尋找線索，卻逐漸產生自我認知混亂。隨著實驗深入，大衛發現妻子死亡當晚自己的行蹤存在記憶斷層，并察覺實驗室數據遭人為篡改。最終通過兇嫌遺留的銀行保險箱線索，大衛確認自己才是殺害妻子的真兇——其記憶曾被藥物系統性篡改以掩蓋事實，而瑪莎的真實身份實為案件共謀者。