《读取记忆碎片的男人》讲述了高中女生秋山亚美（杉咲花饰）寻找失踪老师的故事。立志成为钢琴家的亚美即将参加重要比赛，巨大的压力让她难以喘息。偏偏在此时，她又与自己的指导老师、音乐大学学生泽村雪绘（木村文乃饰）发生激烈争吵。两人分开后，亚美逐渐陷入愧疚与后悔，想要与雪绘重归于好，却发现对方无论如何都无法联系，甚至彻底失去了踪影。
由于警方对成年人失踪案件并不重视，亚美迟迟得不到有效帮助。走投无路之际，她将希望寄托在已经解散的搞笑组合Mightys身上。组合成员仙石和彦（野村万斋饰）与丸山龙司（宫迫博之饰）曾因能够通过扫描某人停留过的地点或使用过的物品，读取与其相关的信息并追踪行踪，而凭借超能力一度走红。然而，二人后来被媒体揭发涉嫌欺诈，Mightys也因此被迫解散。
亚美几经周折找到如今单独发展的丸山。与此同时，丸山所在事务所的社长峠久美子（高畑淳子饰）正打算让Mightys重新复出，于是要求丸山先找到隐居已久的仙石。
此时的仙石藏身于一栋高级公寓，以管理员的身份生活。事实上，他确实拥有扫描能力，只是过去的风波与调查经历让他逐渐看透人性，也对他人产生了深深的厌恶。即使丸山和亚美一再恳求，他仍然不愿出手相助。然而，当他偶然触碰到亚美留下的物品时，脑海中却浮现出雪绘的身影。或许正是命运的安排，仙石最终还是加入了寻找雪绘的队伍。
