Au sein d'une ville côtière du Royaume-Uni, dans les années 1820, l'histoire d'amour improbable entre la paléontologue Mary Anning et une femme londonienne fortunée.
Depressed single mom Adele and her son Henry offer a wounded, fearsome man a ride. As police search town for the escaped convict, the mother and son gradually learn his true story as their options become increasingly limited.
Peu de temps après être revenue d'un voyage d'affaires à Hong Kong, Beth Emhoff meurt d'un virus inconnu. Quelques jours après, ce sont des centaines de milliers d'autres humains qui disparaissent à leur tour. Alors que les scientifiques du monde entier s'engagent dans une course contre la montre pour freiner l'épidémie avant qu'il ne soit trop tard, le chaos s'empare des villes et des hommes. Pour survivre, les uns pillent les magasins désertés, les autres s'isolent, toujours en espérant toujours pour le mieux, cela même si les cadavres continuent de s'empiler à un rythme effarant, et que les solutions tardent à venir...
Joel et Clementine ne voient plus que les mauvais côtés de leur tumultueuse histoire d'amour, au point que celle-ci fait effacer de sa mémoire toute trace de cette relation. Effondré, Joel contacte l'inventeur du procédé Lacuna, le Dr. Mierzwiak, pour qu'il extirpe également de sa mémoire tout ce qui le rattachait à Clementine. Deux techniciens, Stan et Patrick, s'installent à son domicile et se mettent à l'oeuvre, en présence de la secrétaire, Mary. Les souvenirs commencent à défiler dans la tête de Joel, des plus récents aux plus anciens, et s'envolent un à un, à jamais.
Mais en remontant le fil du temps, Joel redécouvre ce qu'il aimait depuis toujours en Clementine - l'inaltérable magie d'un amour dont rien au monde ne devrait le priver. Luttant de toutes ses forces pour préserver ce trésor, il engage alors une bataille de la dernière chance contre Lacuna...