故事发生在2025年，因为和妻子张代晨（徐静蕾饰）婚姻破裂，男主角江丰（黄渤饰）走进记忆大师医疗中心接受手术，却不料手术失误记忆被错误重载，他莫名其妙变成了“杀人凶手”。警官沈汉强（段奕宏饰）的穷追不舍让他逐渐发现，自己脑内的错误记忆不仅是破案的关键，更是救赎自己的唯一希望。与此同时，妻子身边出现的女人陈姗姗（杨子姗饰）、记忆中浮现出的神秘女子（许玮甯饰），似乎也和真相有着千丝万缕的联系，一场记忆烧脑战也随之开始。

电影讲述了子豪生活在海边小镇归港，过着靠海吃饭的日子。一日，他偶遇神秘的女孩小艺，并开始照顾小艺生活。子豪父亲所在的远洋号，捕鱼船归来船员却全体失踪。经历丧父之痛的子豪在小艺的照顾下走出了阴霾，两人也在一起了。但好景不长，一个名叫老金的神秘中年人来到归港，揭开了小艺的真实身份——小艺竟然是人鱼族！子豪能否接受小艺的身份，小艺能否守住种族的秘密？