近未來，小說家江豐（黃渤 飾）與妻子張代晨（徐靜蕾 飾）從相知相愛到相互傷害，原本幸福美滿的婚姻終於走到盡頭。傷心欲絕的江豐走進記憶中心，希望通過高科技手段將這段感情記憶從腦海中抹除。誰知意想不到的是，當他被妻子要求取回記憶時，手術之後江豐的腦中出現了一段陌生的記憶，而這段記憶似乎牽扯到了一樁殺人案。在此之後，擁有多年辦案經驗的資深警官沈漢強（段奕宏 飾）介入調查，他試圖引導江豐「回憶」起更多失落的記憶，尋找兇殺案的蛛絲馬跡。
黑暗的記憶一層層被揭開，與此同時，被揭開的還有隱藏在最深處的醜惡的人性祕密……
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