《记忆碎片》讲述了一个关于复仇的故事。男主角莱昂纳多在妻子遭到杀害之后，患上了短期失忆，也踏上了复仇之路。在诺兰眼中，这是一部“一听就知道可以拍成好电影”的创意。他希望能够拍摄出一个结构紧凑的非传统型意外故事：这种意外不在于场景或是人物，而是根源于人个性中不可控制的一部分，以让人即使多次观看仍有新鲜感。
在采访中，他将《记忆碎片》与《第六感》《非常嫌疑犯》相比较。基于诺兰“意外故事”的概念，看完这部电影的观众们往往陷入这样一个状态：“尽管我很喜欢这部电影，但完全不理解这部电影讲了什么”
且不从好坏层面论手法，《记忆碎片》在《追随》的叙事方式上进行了延伸。《追随》是抓起一堆片段在空中挥舞，而《记忆碎片》则是用理性合理的方式排列片段。《记忆碎片》的结构是紧凑的，诺兰认为它无法被剪掉任何画面，因为每个画面都相互连接，任何的删减都会导致认知的不一致，这种连接也加大了拍摄的难度。在维基百科的“Reversechronology”页面中，《记忆碎片》与让·爱泼斯坦的《三面镜》，加斯帕·诺的《不可撤销》一起作为这一形式的代表作品。
电影分为彩色与黑白两种色调。彩色为倒叙，每次彩色片段的开头，都是上一彩色片段的结尾。黑白则为顺序，按时间发展进行讲述。电影如同一条被折叠的线段，彩色从结尾退回，黑白从开始进行，两者在最后汇聚在一起。电影的结尾实际是整个故事的中点。诺兰希望能够以这种方式给观众记忆损失的经验，让观众了解电影中莱昂纳多的思维，让观众也开始怀疑自己的记忆力。
在电影中，莱昂纳德被迫与汽车旅馆的员工交流，这是在向观众解释他可能被操纵的情况。诺兰也设计了他撞到门上以及理解纸条的画面，让观众了解他的记忆力衰退。你可以看到在彩色部分，他与娜塔莉脸上的伤不仅没有好转，反而愈发新鲜。这也给了观众一种“这是倒叙”的暗示。
在影片中，彩色着力于表现莱昂纳德的思想。在拍摄方式上，彩色画面中的镜头始终紧跟着盖·皮尔斯并近距离展现他的动作，肩上视角再加上近距离的特写，令人身临其境。在色调方面，诺兰一开始希望电影呈现出蓝色的色调，但在制片人的建议下扩大了色系。色系的扩展使得电影更加自然，增加客观性的同时减少象征性。
而黑白则是一种纪录片风格，用于客观的描述。在黑白画面中，文字和声音都采用纪录片的方式拍摄，这比彩色画面更加紧密。黑白画面中的图像，声音的展示都显示出不知道他身在何处的氛围。
在黑白画面中，诺兰大量使用了高角度的拍摄方式，让观众感受到压抑以及一种被监视的暗示。随着影片接近结尾，黑白画面不再具有客观性，而是逐步向彩色段落靠拢，表现莱昂纳德的思想状态。
