Chow je pisac znanstveno-fantastičnih romana. U njegovom romanu svakog sata misteriozni vlak kreće za 2046. Svi koji su otišli tamo imali su istu namjeru: povratiti izgubljene uspomene. Govorilo se da se u 2046. nikada ništa ne mijenja. Nitko nije sasvim sigurno znao je li to točno, jer se nitko tko je otišao tamo nije vratio - osim njega.
Film se sastoji od četiri glavne priče o piscu znanstveno-fantastičkih romana, njegovom odnosu sa ženama i iskušenjima budućnosti. Chow, koji stanuje u hotelskoj sobi 2046, sreće prostitutku i počinje joj pričati priče iz svog ljubavnog života. Svaki put o nekoj drugoj, kratkotrajnoj vezi.