O ex-detetive de homicídios Roy Freeman (Russell Crowe) passa por um tratamento revolucionário para Alzheimer quando é chamado para reexaminar um brutal caso de seu passado. Intrigado e lutando para recuperar sua memória, Roy pede a ajuda de seu ex-parceiro (Tommy Flanagan) para retomar a investigação envolvendo um condenado no corredor da morte, que ele prendeu dez anos atrás e que alega inocência. À medida que novos elementos surgem, uma complexa teia de mentiras se revela, forçando Roy a enfrentar uma terrível realidade que muda o seu mundo para sempre.

No futuro próximo, a tecnologia controla quase todos os aspectos da vida. Mas quando Gray, um tecnofóbico, tem seu mundo virado de cabeça para baixo, sua única esperança de vingança é um implante experimental de chips de computador chamado Stem.