Selvom Leonard Shelby med sit dyre tøj, sin jaguar og sine mange kontanter ligner en succesrig forretningsmand, har han kun et formål med sit liv: at finde den mand, der voldtog og myrdede hans kone! Men Shelby lider af en sjælden form for hukommelsestab. Efter blot et kvarter kan han ikke huske, hvor han er, hvor han skal hen og hvorfor. Derfor må Shelby sammenstykke sit liv ved at tage billeder og bruge sin krop som notesblok. Men en ting glemmer han aldrig: Hævnen...

Filmen fortæller historien om den hurtige teenager Mark, der tilfreds lever samme dag i en endeløs sløjfe, hvis verden vendes på hovedet, når han møder den mystiske Margaret, der også sidder fast i tidssløjfen. Mark og Margaret danner et magnetisk partnerskab, der søger at finde alle de små ting, der gør den ene dag perfekt. Det følgende er en kærlighedshistorie med et fantastisk twist, da de to kæmper for at finde ud af, hvordan - og om - de skal undslippe deres uendelige dag.