年轻的银行职员萨姆（帕特里克•斯威兹）与未婚妻美莉（黛咪•摩尔）相爱极深，在朋友卡尔（托尼•戈德温）的热情帮助下，他们搬进一幢漂亮的公寓，做着结婚前的准备。某晚看戏归来时，他们遭遇持枪歹徒，与歹徒搏斗时，萨姆不幸中枪身亡，美莉悲痛欲绝。
萨姆变作幽灵，发现卡尔是导致他死亡的幕后策划，而为了窃取银行里的巨款，他又对美莉展开追求，以便获得萨姆所掌握的密码。为了保护美莉，萨姆常常游荡于她的周围，并渐渐地学会了如何使用力量，但他苦于无法同美莉交流。在能与幽灵沟通的灵媒奥塔的帮助下，他与美莉取得联系，但美莉起初并不相信，直到事实令她感受到萨姆的存在，可是，深深相爱的两人仍无法直接接触和交流。

欧洲某国的安妮公主（奥黛丽·赫本 Audrey Hepburn 饰）到访罗马，国务烦身，但她又厌倦繁文缛节。一天晚上，身心俱疲的她偷偷来到民间欣赏夜景，巧遇报社记者乔（格里高利·派克 Gregory Peck 饰）。二人把手同游，相当快乐。公主更是到乔的家中作客并在那过夜。
不料乔无意中发现了公主的真实身份，他决定炮制一个独家新闻，于是乔和朋友、摄影师欧文（埃迪·艾伯特 Eddie Albert 饰）一起带公主同游罗马，并且偷拍了公主的很多生活照。然而，在接下来与公主的相处中，乔不知不觉恋上了公主。为了保护公主的形象，乔只能忍痛抛弃功成名就的良机，将照片送予了公主。
安妮公主在经历了罗马一日假期后，反而体验了自己对国家的责任，毅然返回了大使馆，为了本身的责任而果断抛弃了爱情。

内向沉稳的约尔•巴瑞斯（金•凯瑞 饰）在一次聚会中认识了率真随性的克莱门汀•克罗斯基（凯特•温丝莱特 饰），二人成为情侣。和普通的情侣一样，他们的日子也在甜蜜和争吵中度过。
2004年情人节前夕，当约尔精心准备好礼物，为不久前一次争吵找到克莱门汀道歉时，他惊讶地发现，克莱门汀根本都不记得他了。原来冲动的克莱门汀受不了二人交往中争吵的痛苦，到“忘情诊所”，把关于约尔的记忆删除得一干二净。
约尔无法原谅克莱门汀的任性，也无法忍受失去她的痛苦，所以他也到了“忘情诊所”，请求医生霍华德博士（汤姆•维尔金森 饰）消除关于克莱门汀的记忆。
记忆清除程序开始启动，约尔在自己的记忆中游走，他发现和克莱斯汀一起度过的那些时光，无论是痛苦还是甜蜜，都弥足珍贵，他并不想忘记这个自己深爱的女人。但是，程序一旦启动就无法逆转，约尔只能想尽办法把克莱斯汀藏到记忆最深的地方，那些现实中克莱斯汀本来没有出现过的时间角落，以保存这份爱情……