本片讲述了一段扑朔迷离的“脑内追凶”故事。2025年，一种记忆存取手术在全球推广。作家江丰（黄渤 饰）与妻子张代晨（徐静蕾 饰）感情破裂，江丰通过“记忆手术”删除了他们十年婚姻的爱情片段。妻子要求他取回记忆，不料，重新载入江丰脑海的竟然是一个连环杀人犯的记忆，记忆被错误重载的他莫名其妙地变成了“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线索，更是救赎自我的唯一希望。与此同时，妻子身边出现的急诊护士陈姗姗（杨子姗 饰）、记忆中浮现出的神秘女子（许玮甯 饰），似乎也与真相有着千丝万缕的联系，一场曲折离奇的烧脑风暴随之展开……