Il XXI secolo è appena cominciato e una guerra chimica ha reso vivibili solo due zone della terra: l’Unione Federale di Britannia e la Colonia, dove vive Douglas Quaid (Colin Farrell), impiegato presso una fabbrica di robot poliziotti. Nonostante la meravigliosa storia d’amore con la moglie Lori (Kate Beckinsale), è alla ricerca di una vacanza per staccare dalla monotona vita da operaio. Spinto da questo desiderio, Douglas viene attirato dal servizio che offre la Rekall, un’azienda che trasforma i sogni in ricordi reali: decide quindi di concedersi un viaggio mentale per calarsi nei panni di una superspia.
Durante la procedura di innesto dei ricordi il sistema va in tilt. Douglas si ritrova a essere ricercato dalla polizia, controllata dal leader del mondo libero, il cancelliere Vilos Cohaagen (Bryan Cranston). Ormai, solo e diffidente persino nei confronti della moglie, Douglas cerca di capire il motivo della sua esistenza e solo grazie all'aiuto della ribelle Melina (Jessica Biel), che lavora per il capo di una segreta resistenza, riuscirà a scoprire la sua vera missione.