Сериал «Оперативная память» рассказывает историю майора Багрышева, ветерана угрозыска, который получает в напарники молодого стажёра Соломатина. Для Багрышева это похоже на последний шаг перед тихой пенсией, но всё меняется, когда он обнаруживает у себя симптомы серьёзной болезни, стирающей его воспоминания. Вдвоём они оказываются перед неожиданным выбором.
Соломатин, вопреки ожиданиям, видит в старом майоре не обузу, а единственного настоящего профессионала, у которого стоит учиться. Он предлагает необычную сделку — Багрышев делится с ним своим опытом, а стажёр становится его живой памятью, подсказкой и опорой в расследованиях. Так начинается их странное, но необходимое партнёрство.
Их проверка на прочность не заставляет себя ждать. На первом же деле они обнаруживают двойное убийство, детали которого до жути напоминают дела маньяка, которого, казалось бы, Багрышев уже остановил. Теперь им нужно разгадать эту головоломку, пока в сознании майора ещё остаются обрывки картин, улик и интуиции, которые утекают с каждым днём.