Ölümlü Anılar, Alzheimer hastası eski bir cinayet masası dedektifi olan Roy Freeman'ın, on yıl önce hapis cezasına çarptırılan ancak masumiyeti iddia edilen bir mahkumun davasını yeniden incelemesini konu alıyor. Freeman, hafızasındaki boşluklarla boğuşurken, geçmişini ve davayla olan bağını hatırlamaya çalışırken aynı zamanda gerçek katili bulmaya çalışır. Eski ortağı dahil birçok kişiyle görüşen Freeman, ipuçlarını takip ederek olayla ilgili şok edici bir gerçeğe ulaşır.