故事发生在2025年，因为和妻子张代晨（徐静蕾 饰）婚姻破裂，男主角江丰（黄渤 饰）走进记忆大师医疗中心接受手术，却不料手术失误记忆被错误重载，他莫名其妙变成了“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，更是救赎自己的唯一希望。与此同时，妻子身边出现的女人陈姗姗（杨子姗 饰）、记忆中浮现出的神秘女子（许玮甯 饰），似乎也和真相有着千丝万缕的联系，一场记忆烧脑战也随之开始。

见习女警因自己的失误，亲眼目睹了弟弟的死亡，自己也双目失明。也许是失明刺激了其它感官的活跃，陷入黑暗的路小星（杨幂 饰），反而能察觉出许多正常人忽视的细节。一个雨夜，路小星偶然成为一场车祸的证人，她非同寻常的洞察判断力让经验颇丰的老刑警鲁力（王景春 饰）非常折服，但自称目击了车祸过程的另一位证人林冲（鹿晗 饰）对于关键线索的描述，却与路小星截然相反。与此同时，路小星和林冲浑然不知的是，他们早已悄然成为犯人意图灭口的对象……真相到底是什么？路小星和林冲又能否化险为夷？