Memória Sob Custódia se passa após uma operação policial que deu errado e desfez uma equipe inteira. O responsável da investigação, detetive Lee (Ethan Juan) recebe um diagnóstico médico de perda de memória, porém, antes que alguém possa ser informado sobre sua condição, ele é designado para um novo caso. Lee fica encarregado pelo resgate do filho de um magnata japonês (Shin'ichi Tsutsumi), mas sem nenhuma lembrança das fontes e pistas, a mente do detetive deixa essa missão ainda mais difícil. Perseguido por policiais e bandidos, ele deve confiar em seus instintos investigativos mesmo que eles não estejam funcionando em sua integridade agora.
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