Dans un futur proche, en 2048, Doug Quaid coule des jours paisibles entre son boulot, son épouse et ses amis. Ses nuits sont plus mouvementées : le songe récurrent d'un passé d'agent secret sur la planète Mars vient perturber son existence. En quête de vérité, Doug se rend à Recall, une société chargée d'implanter des souvenirs fictifs dans la mémoire de ses clients. S'appuyant sur ses rêves, Doug demande un «voyage» particulier sur la Planète rouge. Mais à son réveil, les choses ont sensiblement changé... Son meilleur ami et sa femme semblent s'être donné le mot pour l'éliminer, et c'est en fuyant sur Mars, accompagné de la belle Melina, que Doug va tenter de découvrir son véritable passé