乔尔(金凯瑞)性格没问题，但生活有大问题。相恋多年的女友克莱门蒂娜(凯特温斯莱特饰)突然变成了一个对自己毫无感觉的陌生人。没有第三者的介入，只是因为克莱门蒂娜在和精神病医生霍华德博士(汤姆威尔金森饰)的一次实验中失去了记忆，失去的是他珍贵的情感经历。这一切对乔尔来说犹如晴天霹雳。饱受情感折磨的乔尔想尽一切办法唤醒克莱门蒂娜沉睡的记忆，但几经周折，毫无结果，两人之间的距离越来越大。心灰意冷的乔尔终于拜访了霍华德医生，要求他清除大脑中对克莱门蒂娜的记忆，以消除无法控制的痛苦。在乔尔的爱情记忆逐渐淡去的同时，他那早已淹没在平凡生活中的初恋激情，又偷偷地爆发出来，重新焕发光彩。尽管霍华德医生和他的三个可笑的助手(分别由克尔斯滕邓斯特、伊利亚伍德和马克鲁法罗饰演)尽了最大努力，但他们仍然没能熄灭乔尔对克莱门蒂娜炽热的爱。美丽心灵中的最后一缕阳光被永远保存了下来。