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An 2084, Doug Quaid a une vie parfaite, mais il rêve très fréquemment de Mars et d'une femme, alors que cette planète lui est totalement inconnue. La société Rekall propose à ses clients des souvenirs qu'elle implante dans leur mémoire, il leur est alors impossible de faire la distinction entre vrai et faux souvenir. Doug Quaid porte son choix sur un voyage sur Mars, malgré l'opposition de sa femme et de son ami, Harry. Il endosse alors la personnalité d'un agent secret, grâce à une puissante drogue.