影片改编自东野圭吾同名小说，围绕脑科学家敦贺崇史展开。他与挚友智彦共同研究记忆与意识科学，当智彦将女友麻由子介绍给他时，崇史认出这正是自己多年前在电车上邂逅并暗恋的女子。内心爱恨交织，他一边压抑情感，一边沉溺于对麻由子的幻想。一次意外中，崇史的脑部实验引发记忆紊乱，他醒来发现自己身处另一个世界：在这个平行时空里，麻由子是他的恋人，而智彦仿佛从未存在。原本亲密的兄弟关系消失，记忆也出现大量矛盾。崇史试图厘清真相，却逐步发现两个世界之间存在着一场惊人的记忆移植实验——原来智彦为了成全崇史，不惜牺牲自己，将两人的记忆交换。随着现实与虚幻的界限越来越模糊，崇史必须在爱、友情与自我认知之间做出抉择。影片以悬疑的笔触探讨记忆如何定义爱情，以及为了爱一个人，愿意付出怎样的代价。