Далее Леонард рассказывает по телефону тому же неизвестному, как умерла его собственная жена. Как-то ночью двое мужчин ворвались в его дом и изнасиловали, а затем убили его жену. Леонард стрелял в одного насильника, но подвергся нападению сзади со стороны второго. В результате повреждений головы у Леонарда развилась антероградная амнезия, препятствующая ему после произошедшего с ним несчастного случая помнить что-либо из происходящего в течение больше, чем нескольких минут. Леонард исполнился решимости найти и убить второго насильника, чтобы отомстить за смерть своей жены. С этой целью он развил систему, помогающую преодолевать свою полную потерю краткосрочной памяти: для этого он делает мгновенные снимки камерой Полароид-690, пишет на них себе заметки, а важнейшие факты даже татуирует на своём теле. Один из немногих ключей к разгадке личности второго злоумышленника — это татуировка, говорящая о том, что имя убийцы — «Джон или Джеймс Г». Некто Тэдди, таинственный инициатор долгого телефонного разговора, открывает Леонарду, что убийца является торговцем наркотиками, и что он может быть найден в одном заброшенном здании за городом. Леонард едет к этому зданию, убивает там человека по имени Джимми Гранц и делает снимок Полароидом.

Обратная линия (цветная): Дождавшись проявки фотографии, Леонард надевает одежду убитого Джимми. Несколько минут спустя, Тэдди (Джо Пантолиано) подъезжает к заброшенному зданию, и Леонард обнаруживает, что он был обманут. Джимми Гранц был местным торговцем наркотиками и не имел никакого отношения к убийству жены Леонарда. Тэдди утверждает, что жена Леонарда вообще пережила нападение грабителей, но умерла от передозировки инсулина, которой управлял сам Леонард. Согласно уверениям Тэдди, Сэмми Дженкис был мошенником, причем даже неженатым. Тэдди утверждает, что ранее был полицейским, который сжалился над Леонардом и помог ему разыскать и убить реального Джона Г. уже больше года назад. Но Леонард забыл, что уже отомщен, и начал искать Джона Г. снова. Все это время Тэдди манипулировал Леонардом, заставляя его совершать новые и новые убийства «Джонов Г.».

Пока эти открытия не выпали из его памяти, Леонард сознательно решает продолжить поиски. Однако теперь он нарочно наводит себя на ложный след, чтобы отомстить полицейскому. Леонард записывает номер машины Тэдди на Джона Г., оставляя себе примечание, напоминающее ему зататуировать эту информацию.

Он берет автомобиль Джимми, оставляет Тэдди ни с чем, и едет, пока не находит фирму, делающую татуировки. Там, пока ему делают надпись, Леонард находит у себя в кармане записку от подруги Джимми, некой Натали (Кэрри-Энн Мосс). Забыв, что он носит одежду Джимми, Леонард думает, что записка — для него.

Он идёт в бар, где работает Натали, и открывает ей свое болезненное состояние. Натали предлагает Леонарду помощь, но позже обманывает его с тем, чтобы он убрал человека по имени Додд (Каллум Кит Ренни), который, по её словам, преследует её за деньги, связанные с делами наркоторговца Джимми. Едва не будучи убит сам, Леонард всё-таки вынуждает Додда оставить город.

Когда Натали узнает, что Додд ушёл, она, в знак благодарности, читает вытатуированный на теле Леонарда номер машины Джона Г. и выясняет её владельца. Натали вручает Леонарду копию водительских прав соответствующего мужчины, и Леонард сличает полученное удостоверение личности со своей фотографией Тэдди, реальное имя которого — Джон Эдвард Гаммэль — «Джон Г.».

Все концы в плане Леонарда сошлись воедино, и он делает заключение, что Тэдди — это и есть тот человек, который изнасиловал и убил его жену. Он везёт Тэдди к заброшенному зданию, где убил Джимми Гранца всего пару дней назад, и стреляет ему в голову.