在未來的世界中，普通工人道格拉斯·奎德（科林·法瑞尔饰）被一系列关于火星的梦境困扰。为了摆脱这些困扰，他决定前往“回憶旅行”公司体验虚拟记忆旅行。然而，过程中出现意外，道格拉斯发现自己被卷入一场危险的阴谋。他的妻子劳瑞（凯特·贝金赛尔饰）突然攻击他，并承认自己是监视他的间谍。随后，陌生人出现，告诉他他曾是火星独裁者派出的特工，因一名女子梅丽（杰西卡·贝尔饰）而改变立场。道格拉斯决定前往火星，寻找真相。然而，随着事件的展开，他开始怀疑这一切究竟是真实还是梦境。在火星上，他面对政府武装、反叛军以及自己的身份之谜，逐渐揭开隐藏在记忆背后的惊人真相。