故事发生在2025年，因为和妻子张代晨 （ 徐静蕾 饰）婚姻破裂，男主角江丰 （ 黄渤 饰）走进记忆大师医疗中心接受手术，却不料手术失误记忆被错误重载，他莫名其妙变成了“杀人凶手”。警官沈汉强 （ 段奕宏 饰）的穷追不舍让他逐渐发现，自己脑内的错误记忆不仅是破案的关键，更是救赎自己的希望。与此同时，妻子身边出现的女人陈姗姗 （ 杨子姗 饰）、记忆中浮现出的神秘女子 （ 许玮甯 饰），似乎也和真相有着千丝万缕的联系，一场记忆烧脑战也随之开始 。