En 2084, Douglas Quaid est un ouvrier obsédé par Mars. Pour assouvir son fantasme, il se rend chez Rekall, une société qui vend des souvenirs implantés. Il choisit une mémoire de vacances sur Mars en tant qu'agent secret. Mais la procédure dérape : Quaid serait réellement un agent dont la mémoire a été effacée. Traqué par des tueurs, il s'envole pour Mars afin de découvrir sa véritable identité et se retrouve au cœur d'une rébellion.