En l'an 2084, l'ouvrier Doug Quaid s'explique mal le sentiment qu'il a de s'être déjà trouvé sur la planète Mars, à laquelle il rêve chaque nuit. Cela l'entraîne à une agence, dont la spécialité consiste à implanter dans la mémoire du client l'expérience complète d'un voyage sans que celui-ci ait à se déplacer physiquement. Quaid entreprend donc un voyage artificiel sur Mars, mais l'expérience avive des souvenirs bien réels. Il appert qu'une organisation secrète aurait tout à craindre si Quaid découvrait les secrets enfouis dans sa mémoire. Le voilà donc victime d'agresseurs mystérieux, qui le poursuivent jusque sur Mars.