Chicago nel 2084, l'erculeo operaio Doug Quaid, sposato con la bionda Lori, è ossessionato da enigmatici e paurosi incubi notturni durante i quali vede se stesso sul pianetà Marte, insieme ad una donna sconosciuta. Non potendosi pagare un viaggio su Marte, ormai da tempo colonizzato dagli uomini, che ne estraggono un prezioso minerale, il turbinium, Doug si rivolge ad un centro specializzato, il Total Recall che, per modica cifra, fornisce, con particolari attrezzature, eventuali ricordi di viaggi e di esperienze su quel pianeta. Ma, appena iniziato il procedimento per produrre ricordi artificiali, è subito chiaro che Quaid è stato già realmente su Marte e la sua memoria è statà poi cancellatà da quel momento comincia per lui una serie di avventure mirabolanti, perchè torna sul pianetà dove apprende di essere Hauser, un agente segreto, e di aver compiuto recentemente un'eroica missione, contro lo spietato industriale Cohaagen, padrone delle miniere di turbinium. Il despota, col perfido aiutante Richter e una schiera di brutali guardie domina un esercito di operai schiavi, lesinando loro l'aria artificiale necessaria per vivere sul pianeta, che è privo di ossigeno. Inoltre Lori non è sua moglie, ma solo un'agente che lo sorveglia, perchè egli conserva, a sua insaputa, nel proprio cervello alcune preziose notizie, che i suoi nemici vogliono strappargli, per poi ucciderlo. Quaid intanto ritrova su Marte la donna, che vedeva in sogno, Melina, e insieme a lei supera tremendi agguati, aiutato da creature umane rese mostruose dalle radiazioni, cui sono state sottoposte per colpa di Cohaagen. Dopo strani colloqui sul monitor con l'altro se stesso, Hauser, che infine si rivela suo nemico, Quaid riesce a eliminare Cohaagen, Richter, Lori e i loro complici, e, con i dati che ha nel proprio cervello, riesce a far funzionare un apparecchio, che produce ossigeno in abbondanza. Mentre Marte diventà più ridente e vivibile per gli abitanti, Quaid, trionfante, può finalmente ricongiungersi con Melina.