Сериал "Оперативная память" рассказывает историю майора Багрышева, который вынужден взять в напарники молодого стажёра Соломатина. Для уставшего от работы полицейского это выглядит как последний шаг перед пенсией, но всё меняется, когда он обнаруживает у себя первые симптомы серьёзной болезни. Теперь его карьера висит на волоске.
Соломатин, вопреки ожиданиям, видит в майоре не обузу, а настоящего профессионала. Он предлагает неожиданную сделку — Багрышев делится с ним своим опытом, а стажёр становится его живой записной книжкой, подстраховывая в работе. 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 боли знакомы Багрышеву. Кажется, что вернулся преступник, которого он, по всем данным, уже уничтожил. Расследование превращается в гонку со временем, где главный ключ к разгадке — память самого майора — начинает его подводить.