新版《全面回忆》故事放在未来的地球上，那时地球上有“新上海” 和“欧利坚/欧美国” 两个国家。主人公道格拉斯·奎德（柯林·法瑞尔 饰）是“新上海”一名普通的工人，不普通在于他拥有一位漂亮的妻子（凯特·贝金赛尔 饰），两人看似十分恩爱。但道格拉斯内心却似乎有某种不满足，在夜晚时常怪梦连连，梦见自己身处火星，而在工作中也总是恍惚走神。
在朋友的劝说下，他决定自己该度个假，于是来到了Rekall公司，希望植入火星间谍的记忆以满足自己的大脑对于冒险的渴望。可是就在植入记忆的过程中，意想不到的事情发生了。
“欧利坚/欧美国”的元首Vilos Cohaagen（布莱恩·克莱斯顿 饰），打算在保护人民的幌子下，秘密入侵“新上海”。他的计划遭到了以“Quatto”为首的抵抗军的顽强抵抗。
奎德突然成了“政府”追杀的逃犯，而他发现自己竟然有着过人的身手。逃离Rekall之后，奎德遇到了一名叛军的女战士（杰西卡·贝尔 饰），两人并肩作战但彼此却并不信任。就连奎德深爱的妻子Lori，现在也变成了追杀他的超级女特工。究竟什么是真实，什么是虚幻，哪些是梦境，哪些才是真实发生过的记忆，这一切让奎德根本无法分辨，他必须寻找到自己真实的身份、爱人和命运。……