Intéressé par l’offre de la société Rekall qui propose d’implanter des souvenirs virtuels, Douglas Quaid décide de franchir le pas. Bien que marié à une femme qu’il aime, il cherche à évacuer la frustration que lui cause son travail à l’usine en se faisant implanter des souvenirs d’agent secret en mission. Mais la procédure d’implantation ne se déroule pas comme prévu et Quaid se voit poursuivi par les forces de police, contrôlées par Cohaagen, le dirigeant du monde libre. Dans sa fuite, il s’associe à une rebelle. Ensemble, ils vont tenter de retrouver le leader de la résistance car lui seul pourra les aider à arrêter Cohaagen. Pour Quaid, la frontière entre la réalité et la fiction tend à s’estomper. Toutes ses certitudes viennent finalement s’ébranler lorsqu’il découvre sa véritable identité. Ses souvenirs auraient-ils été programmés ?