En el año 2084 el planeta Marte es una colonia de la Tierra; Doug Quaid, un obrero de la construcción, tiene pesadillas relacionadas con ese planeta a pesar de no haber estado nunca en él. Tras oír hablar de Memory call, una empresa que se dedica a implantar recuerdos en el cerebro de sus clientes, se dirige allí y escoge el recuerdo de unas vacaciones en Marte durante las cuales vivirá una aventura como agente secreto. Sin embargo algo sale mal y Quaid pierde el conocimiento; cuando vuelve en sí, nada en su vida volverá a ser lo que era.