ג'ואל נדהם לגלות שחברתו קלמנטיין עברה תהליך מדעי חדיש בו נמחקו כל זיכרונותיה הקשורים למערכת היחסים הסוערת ביניהם.מתוך ייאוש הוא פונה אל ד"ר האוורד מיירזוויאק, הממציא של התהליך למחיקת הזיכרונות, כדי שימחק את קלמנטיין מזיכרונותיו. אך בעוד זיכרונותיו של ג'ואל הולכים ונמוגים, הוא מתחיל להתאהב מחדש בקלמנטיין. ממעמקי מוחו הוא מנסה להתחמק מהתהליך, בעוד הד"ר ואנשי צוותו (קריסטן דאנסט, מארק רופאלו ואלייז'ה ווד) רודפים אחריו במבוך זיכרונותיו. צ'רלי קאופמן ממשיך את המסע המתפתל אל המוח האנושי, שהתחיל ב"להיות ג'ון מלקוביץ'", ב"וידיו של מוח מסוכן" וב"אדפטיישן". בסיפור שנמצא על הגבול בין מדע בדיוני לקומדיה רומנטית הוא מצליח לנסח אמירה צלולה ובהירה על הזיכרון והאהבה שהופכת את "שמש נצחית" לסרטו המוצלח ביותר עד כה. משחקם הכובש והמרגש של ווינסלט וקארי (המאוד מאופק כאן) מוסיפים להצלחתו. מישל גונדרי מקפיד על בימוי ריאליסטי וישיר מתוך ניגוד לטירוף של התסריט המתרחש כמעט כולו במוחו של הגיבור. התוצאה היא אחד הסרטים המרתקים הן מהבחינה האינטלקטואלית והן מהבחינה הרגשית של השנים האחרונות.