Ένα συγγραφέας γράφει ένα βιβλίο για το 2046, εκεί όπου ταξιδεύουν με ένα μυστηριώδες τρένο όσοι θέλουν να βρουν τις χαμένες τους αναμνήσεις. Κι όσο βυθίζεται στη συγγραφή του, τα όρια ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον, τη δική του ζωή και τη μυθοπλασία, τα όνειρα και τη μνήμη, γίνονται όλο και πιο θολά.

Η ταινία μπορεί να θεωρηθεί συνέχεια της προηγούμενης ταινίας του Γουόνγκ Καρ Γουάι, «Ερωτική Επιθυμία», καθώς περιγράφει την ιστορία του ίδιου πρωταγωνιστή, του Τσόου (τον υποδύεται και πάλι ο Τόνι Λιούνγκ), από τη στιγμή που επιστρέφει από τη Σινγκαπούρη, όπου εργαζόταν ως συγγραφέας, στο Χονγκ Κονγκ, και νοικιάζει ένα δωμάτιο στο ξενοδοχείο Oriental με τον αριθμό 2047, ακριβώς απέναντι δηλαδή από το δωμάτιο με τον αριθμό 2046. Ο αριθμός 2046 έχει ιδιαίτερη σημασία για τον πρωταγωνιστή, καθώς συναντιόταν σε δωμάτιο ξενοδοχείου με τον αριθμό αυτό με τη Σου Λι Ζεν για να γράψουν ένα μυθιστόρημα πολεμικών τεχνών. Η Σου Λι Ζεν (την οποία υποδυόταν η Μάγκι Τσενγκ στην ταινία «Ερωτική Επιθυμία») ήταν ο μεγάλος έρωτας της ζωής του, που όμως δεν ευδοκίμησε ποτέ και στην οποία ο Τσόου είναι ακόμα προσκολλημένος. Καθώς η ταινία εξελίσσεται, παρακολουθούμε τις σχέσεις του Τσόου με διάφορες γυναίκες, που όμως δεν καταφέρνουν να τον κάνουν να ξεχάσει την Σου Λι Ζεν. Παράλληλα, ο Τσόυ ξεκινάει να γράφει ένα φουτουριστικό μυθιστόρημα με τον τίτλο 2046. Στο μυθιστόρημα αυτό «2046» ονομάζεται μια πόλη στην οποία καταφεύγουν οι άνθρωποι για να βρουν τις χαμένες τους αναμνήσεις. Σύμφωνα με τον Τσόου, «στην πόλη "2046" τίποτα δεν αλλάζει και όποιος φτάνει εκεί δεν γυρίζει πίσω ποτέ».