電影《記憶碎片》讓克裡斯托弗·諾蘭獲得了國際關注，盡管後來的《蝙蝠俠》系列和《盜夢空間》取得更大的成功，但它仍然是他最重要的作品。事實上，《記憶碎片》從一開始就因為其怪異的叙事結構吸引了一批狂熱的追随者。一些人認為這種非線性的情節結構隻是一種噱頭，而另一些人則認為它引發了關于個人身份、偏執和記憶本質的深刻探讨。
諾蘭根據弟弟喬納森的短篇小說《死亡的記憶》創作了劇本，講述了一個男人尋找并殺死一名奸殺他妻子的男子的故事。
在《記憶碎片》中，主角倫納德·謝爾比患有短期失憶症，總會忘記了剛剛發生的事。是以，他必須不斷地在腦海中重構自己的過去，并對世界上什麼是“真實的”做出最新的了解。也正因為倫納德不記得最近的事情，人們可以騙他，而他會忘記他們是騙子。
影片故事的大部分内容以倒序的方式展示，導演用這樣的叙事結構将觀衆帶入男主角的思維中。
事實上，故事情節發生在幾天内。整體有22個彩色場景，每一個場景之間又有一個黑白場景。雖然在單獨的彩色場景内部的故事基本都是按正常的時間順序發生的，但每個彩色場景本身是按相反的時間順序排列的。是以，觀衆目前看到的彩色場景的最後一個鏡頭将與前一個彩色場景的第一個鏡頭相比對。然而，中間的黑白場景是按正常的時間順序排列的。
更确切地說，所有的黑白場景都發生在彩色場景中顯示的事件之前。按照現在看來似乎是一種慣例的做法，我們可以将彩色片段标記為按時間順序排列的字母字元（a - V）和按類似數字（1 - 22）排列的黑白片段[1，2]。由于片段22與片段A合并，故标記為“22/A”。是以，正确的順序應該是：（1，2，…21， 22/A， B， C，…V）。
然而，由于彩色場景是以相反的順序呈現的，那麼實際在電影中呈現給觀衆的場景的順序是：（1，V，2，U，3，T，…21C，B， 22 / A）。更讓事情複雜化的是，在一些彩色和黑白場景中還有額外的閃回。
這部電影的場景排序讓觀衆處在一個有點像主角倫納德的位置。在每一集的色彩中，觀衆和倫納德都不能回憶起之前發生了什麼。不過，倫納德試圖通過給自己寫筆記和給身邊的東西“拍快照”來解決自己很快就忘記的問題。同時，他會把的最重要的事情紋在了身上。
然而更複雜的是，非但倫納德沒有長久記憶的能力（盡管他可以編輯一些筆記）。而且至少有兩個不可靠的角色一直在向倫納德提供錯誤的資訊。其中酒吧女招待娜塔莉和警察泰迪都對倫納德撒了謊，他們知道倫納德很快就會忘記他們的謊言，之後他們可以告訴倫納德完全不同的事情。是以他們用謊言讓倫納德相信每次他們指定的謀殺目标都是殺害他妻子的兇手。
所有這些叙事結構對觀衆來說似乎隻是一種戲弄性的遊戲玩法，但它指向了電影的核心哲學主題。哲學家約翰·洛克，認為我們的身份是基于我們的記憶。如果你腦中所有的記憶都被一組不同的記憶完全取代，那麼你作為一個人的本質就會改變，你将從根本上成為一個不同的人。但其他哲學家的觀點不同，他們認為真正重要的是心理的連續性。如果你所有的記憶都被逐漸的取代，那麼你可能沒有任何十年前的記憶，但是考慮到心理存在的連續性，你仍然是你自己。這兩種不同的理論本質上都是客觀主義的：客觀世界是可以科學地了解的，一個人的身份可以基于與他的記憶相關的一些客觀測量。
《記憶碎片》中的主角倫納德相信，通過各種客觀方式記錄現實世界中發生的事情，他可以克服短期記憶問題。正如他所說的，“我必須相信，當我閉上眼睛，世界依然存在。”
當然，倫納德身邊的人也在提醒他主觀性的問題：“你對自己撒謊是為了快樂。”，“你害怕知道真相，你自己編造事實。” 在我們日常生活中，我們也會不斷地建構新的記憶，重構和重組我們頭腦中現存的、儲存的舊的記憶，以保持對現實的回顧與再現。
這就把我們帶到了《記憶碎片》的背景故事上來。這些都是發生在他妻子被奸殺之前的事情，倫納德應該還（“現在”）記得很清楚。在電影的大部分黑白鏡頭中，倫納德都在和某人（我們推測這個人是泰迪）通電話，談論奸殺之前發生的事情。他是一名保險調查員，必須對薩米的索賠進行評估。薩米在一次創傷性事故後患上了短期失憶症。倫納德報告說，當時他否認了薩米的說法，因為他認為薩米所遭受的問題是心理上的，而不是身體上的。對于倫納德來說，隻有身體上的問題才是客觀真實的，而心理問題屬于一個充滿猜測和扭曲的可塑世界。
事實上，倫納德聽說短期失憶症患者可能通過某種重複的“條件反射”過程，将錯誤的記憶注入他們的大腦。由于倫納德拒絕了保險索賠，薩米患有糖尿病的妻子哈麗特已經無法忍受與薩米生活在一起，于是決定測試薩米是否真的在裝病。是以她讓他每十五分鐘給她注射一次胰島素。如果他真的患有短期失憶症，那麼他就會一直忘記之前注射過的藥物，給妻子緻命的過量注射。然而事情就是這樣，薩米真的患病，并在無意中殺了他的妻子。
我們觀衆認為這個背景故事是真實的，因為倫納德大概還記得一些在他的長期記憶中完好無損的東西。在影片的最後，雖然很多事情已經被澄清了，但是關于倫納德我們仍然有三個可能的理論：
其一是倫納德的妻子被奸殺，倫納德頭部受了創傷性的一擊，導緻他短期失憶。在泰迪和娜塔麗可疑的幫助下，他開始尋找殺害妻子的兇手。
其二是倫納德的妻子被強奸了，但沒有被謀殺。倫納德仍然遭受着導緻短期失憶的打擊。後來，他以薩米的故事的方式殺死了他的妻子。倫納德随後被送進瘋人院，但在電影開始前逃跑了。在泰迪的反複訓練幫助下，倫納德編造了一個關于薩米的錯誤記憶，并将謀殺的記憶轉給了薩米和他的妻子。他現在（在電影一開始）“相信”自己的妻子是被奸殺的。
其三和其二相似，但是倫納德仍然在瘋人院，電影裡的一切都是倫納德想象出來的。
是以在電影的最後，我們意識到還有第三個不可靠的資訊來源：倫納德本人。倫納德知道他的精神狀況會讓他忘記自己的謊言，是以他繼續撒謊。
雖然這部電影巧妙地運用了技巧，但它是冰冷的、毫無生氣的。盡管它的情節結構錯綜複雜，但它并沒有讓我們參與到這種富有同理心的互動中來。記憶以個體的靜态記憶為基礎，而不是以叙事為基礎。在這方面，倫納德基本上是個密碼，除了部分透露他的精神狀況外，我們對他一無所知。娜塔莉和泰迪更有趣，但在這片荒涼的土地上，沒有一個角色能讓我們感同身受。諾蘭導演把這部電影的疏離感帶得太遠了。