Hong Kong, 1966. In een kleine hotelkamer schrijft Chow Mo Wan een Science-Fiction boek dat zich afspeelt in 2046. Het gaat over een mysterieuze trein naar 2046 waar al degenen die daarheen gaan worden gedreven door hetzelfde verlangen: hun verloren herinneringen terugvinden. Tijdens het schrijven denkt hij aan de vrouwen die in zijn leven zijn voorbijgegaan.