Alice Howland, profesora de lingüística en la Universidad de Columbia, celebra su 50 cumpleaños con su marido, el médico John, y sus tres hijos adultos. Después de olvidar una palabra durante una conferencia y de perderse durante un trote en el campus, el médico de Alice le diagnostica la enfermedad de Alzheimer familiar de inicio temprano. La hija mayor de Alice, Anna, y su hijo, Tom, se someten a una prueba genética para saber si desarrollarán la enfermedad. La hija menor de Alice, Lydia, una aspirante a actriz, decide no someterse a la prueba.

Cuando la memoria de Alice comienza a desvanecerse, sueña con su madre y su hermana, que murieron en un accidente de coche cuando ella era adolescente. Memoriza palabras y establece una serie de preguntas personales en su teléfono, que responde cada mañana. Esconde pastillas para dormir en su habitación y graba un mensaje de vídeo en el que se le indica que se suicide con una sobredosis de pastillas cuando ya no pueda responder a las preguntas. A medida que su enfermedad avanza, se vuelve incapaz de dar conferencias centradas y pierde su trabajo. Se pierde buscando el baño en su propia casa de vacaciones y no reconoce a Lydia después de verla actuar en una obra de teatro.

A John le ofrecen un trabajo en la Clínica Mayo de Minnesota. Alice le pide que posponga la aceptación del trabajo, pero él lo considera imposible. Por sugerencia de su médico, Alice pronuncia un discurso en una conferencia sobre el Alzheimer acerca de su experiencia con la enfermedad, utilizando un subrayador para recordar las partes del discurso que ya ha pronunciado, y recibe una gran ovación.

Alice comienza a tener dificultades para responder a las preguntas de su teléfono. Pierde el teléfono y se angustia; John lo encuentra un mes después en el congelador, pero Alice cree que sólo ha desaparecido un día. Alice y John visitan a Anna (que da positivo en la prueba) en el hospital para conocer a sus nietos gemelos recién nacidos, pero Alice no reconoce a su hija.

Tras una videollamada con Lydia, Alice abre sin querer el vídeo con las instrucciones de suicidio. Con cierta dificultad, encuentra las pastillas y está a punto de tragárselas, pero al ser interrumpida por la llegada de su cuidador, deja caer las pastillas al suelo y se olvida de lo que estaba haciendo.

John, incapaz de ver cómo su mujer sigue deteriorándose, se traslada a Minnesota. Lydia, que ha estado viviendo en California, vuelve a casa para cuidar de Alice. Lydia le lee un fragmento de la obra Angels in America y le pregunta de qué cree que trata. Alice, que apenas puede hablar, responde con una sola palabra: "amor".