La situación del cuarentón y puritano Cal Weaver es perfecta: tiene un buen trabajo, una bonita casa y unos hijos estupendos y está casado con el amor de su adolescencia. Sin embargo, cuando Cal se entera de que su esposa, Emily, le ha engañado y quiere divorciarse, su vida ‘perfecta’ se desmorona. Para colmo, en el actual mundo de los solteros, Cal, que no ha tenido una cita desde hace décadas, es el desastre en persona.
William Bloom (Billy Crudup) no tiene muy buena relación con su padre (Albert Finney), pero tras enterarse de que padece una enfermedad terminal, regresa a su hogar para estar a su lado en sus últimos momentos. Una vez más, William se verá obligado a escucharlo mientras cuenta las interminables historias de su juventud. Pero, en esta ocasión, tratará de averiguar cosas que le permitan conocer mejor a su padre, aunque para ello tendrá que separar claramente realidad y fantasía, elementos que aparecen siempre mezclados en los relatos de su progenitor.
Cuando descubre que su novia, Clementine, ha hecho que borren de su memoria todos los recuerdos de su tormentosa relación, Joel Barish se pone en contacto con el creador del proceso para que borre a Clementine de su memoria.