在《去月球》的世界里,存在着借由改变记忆为弥留之际的人们完成愿望的服务。由于这种人工记忆是永久的,在病人醒来的时候会与病人的真实记忆产生冲突,也因此这种技术只能对临死的人实施。
故事开始于提供这项服务的西格蒙德公司的两位职员伊娃·罗莎莉恩博士(Dr. Eva Rosalene)与尼尔·沃茨博士(Dr. Neil Watts)准备为垂死的约翰尼·威尔士(Johnny Wyles)实现一生的梦想:登陆月球,虽然约翰尼并不知道自己想前往月球的理由。两位博士为了完成这项任务进入约翰尼的记忆中,借由一个个约翰尼生命中的重要物品回溯时间。他们随着见证了约翰尼记忆中的一些重要时刻,渐渐地了解成就约翰尼当前惨状的缘由。在两位博士终于到达约翰尼的童年的之际,他们试图为约翰尼注入去月球的愿望,让约翰尼的内心制造基于这个愿望的新的人生与记忆,以求约翰尼死时没有任何遗憾。
然而,并非一切都照计划进行,两位医生发现约翰尼的愿望、过去和他已故的妻子莉娃都藏着巨大的玄机。随着时间的一分一秒的流失,罗莎莉恩博士和瓦茨博士必须在约翰尼辞世前解开他过去的秘密,并不惜一切代价将他送往月球。