歌剧院里,杂耍表演结束的舞台上,报幕员走上舞台,隆重介绍"记忆先生"梅里克.借惊人的记忆,梅里克回答着观众各种刁钻古怪的问题.嘈杂的人群中,加拿大男人汉纳提问了一个有关加拿大地理方面的问题,"记忆先生"准确地给出答案.枪声!两声枪响,让原本嘈杂不堪的歌剧院顿时陷入混乱.人群涌向出口,一个陌生而漂亮的女子紧跟着汉纳,在拥挤的人群中挤出歌剧院,随汉纳来到他租住的布兰特公寓. 女子自称施密斯,受雇于英国间谍机构,因保护英国空军防空机密而遭到陌生人的追踪.施密斯的任务是前往苏格兰,与一个右手小拇指缺一截的男人接头.男人是秘密间谍组织"三十九级台阶"的负责人.透过窗帘,汉纳确实看到窗外的墙根下站着两个神秘的男子.入夜,施密斯突然闯进汉纳的房间,丢下一句"快走!下一个将是你"后,倒地死去,背后插着一把尖刀. 怀着恐惧而疑惑的心情,汉纳逃出旅馆,搭上火车,前往苏格兰.火车上,汉纳从报纸上看到警察已经发现了施密斯的尸体,自己却成了凶杀犯正被警方通缉.陌生女人的告密,让警察闻讯而至.汉纳机智的甩开警察的追捕,跳下火车,来到苏格兰的一处农庄. 警察尾随而来.贪财的农夫将汉纳出卖给警察,好心的农妇却给了汉纳一条生路.翻山,越岭,涉水,斩棘,汉纳依然遭到警察的追捕.此时,汉纳按照施密斯临死前留下一张地图,找到乔纳教授的山庄.适逢酒神节.乔纳巧妙地支走警察,露出"庐山真面".汉纳发现,乔纳竟然就是施密斯说的那个小拇指缺一截的接头人,而施密斯的真名叫安娜·贝拉. 接下来发生的事情更加扑朔迷离,汉纳的处境也越来越危险.当汉纳从扑朔迷离中发现空军机密与"三十九级台阶"秘密间谍组织有关时,已经是在回到伦敦后的歌剧院."记忆先生"的回答,提醒了汉纳.原来,间谍组织是想利用"记忆先生"惊人的记忆,将空军机密带出英国.真相在最后一刻揭露,清白在最后一刻洗清,乔纳教授在最后一刻现形,"记忆先生"却在最后一刻用生命保护了国防机密.