Modeste employé d'usine, Doug Quaid s'ennuie dans sa vie monotone. Depuis que la société Rekall s'est fait une spécialité de modifier la mémoire, il est possible de se faire implanter des souvenirs fantastiques. C'est ce que choisit de faire Doug, contre l'avis de ses amis et de sa femme. Il veut se souvenir d'avoir été un agent secret à la vie trépidante. Mais, au cours de l'implantation, quelque chose se passe mal : des individus surgissent et tentent de le tuer. Faisant preuve d'une maîtrise exceptionnelle, Doug les élimine et s'échappe. Traqué par les autorités, il va devoir comprendre ce qui lui est arrivé et, surtout, découvrir qui il est.