Rekall se una empresa que puede convertir los sueños en recuerdos reales, haciendo que la frontera entre realidad y memoria se difumine. Para Douglas Quaid (Colin Farrell) la idea de hacer un viaje mental que le proporcione recuerdos de una vida como superespía puede ser la solución perfecta para contrarrestar su frustrante vida. Lo malo es que el proceso sale mal, y Quaid se convierte en un hombre perseguido por los agentes de un estado totalitario. En su huida, se asocia con una combatiente rebelde (Jessica Biel) con el fin de encontrar al cabecilla de la resistencia clandestina (Bill Nighy). Mienras el destino del mundo pende de un hilo, Quaid descubrirá su verdadera identidad y su verdadero destino.
