Der erfolglose Musiker Brian Finch kann durch eine experimentelle Droge namens „NZT-48“ sein Bewusstsein für jeweils 12 Stunden drastisch steigern. Dabei ist er in der Lage, die Kapazitäten und Möglichkeiten seines Gehirns vollständig auszunutzen und sich an alles zu erinnern, was er jemals gelesen, gesehen oder gehört hat. Um die lebensgefährlichen Nebenwirkungen der Droge in den Griff zu bekommen, versorgt ihn der geheimnisvolle US-Senator Eddie Morra mit einem entsprechenden Zusatzmittel. Mit seinen Fähigkeiten unterstützt Finch die FBI-Agentin Rebecca Harris bei der Lösung ihrer Fälle. Das FBI weiß jedoch nichts von Finchs lebensnotwendiger Verbindung zu Senator Morra, und er muss darauf achten, dass das auch so bleibt.