Akcja filmu rozgrywa się w 2084 roku. Douglas Quaid (Arnold Schwarzenegger) jest zwykłym robotnikiem budowlanym, którego męczą powtarzające się sny o Marsie i pięknej brunetce. Jego żona Lori (Sharon Stone) nie podziela jego fascynacji Czerwoną Planetą.

Quaid postanawia skorzystać z usług firmy Rekall, która oferuje wszczepianie wspomnień z wymarzonych wakacji. Wybiera opcję „tajnego agenta na Marsie”. Jednak podczas procesu wszczepiania coś idzie nie tak. Okazuje się, że Quaid mógł już kiedyś być tajnym agentem na Marsie i jego wspomnienia zostały wymazane.

Nagle w jego życiu pojawiają się ludzie, którzy próbują go zabić, w tym jego własna żona. Quaid ucieka i wyrusza na Marsa, aby odkryć prawdę o swojej przeszłości. Na Czerwonej Planecie spotyka Melinę (Rachel Ticotin), kobietę ze swoich snów, i dołącza do ruchu oporu walczącego z bezwzględnym gubernatorem Cohaagenem (Ronny Cox), który kontroluje dostawy powietrza dla kolonistów.

Podczas swojej misji Quaid musi zmierzyć się z licznymi niebezpieczeństwami, odkryć swoją prawdziwą tożsamość i zdecydować, po której stronie konfliktu się opowie. Granica między rzeczywistością a wszczepionymi wspomnieniami staje się coraz bardziej zamazana, a Quaid musi rozwikłać zagadkę swojej przeszłości, aby ocalić siebie i mieszkańców Marsa.