Сюжет сериала «Оперативная память» вращается вокруг опытного майора Багрышева, который работает в органах и страдает от ранних признаков болезни Альцгеймера. Чтобы скрыть свой диагноз, он продолжает работать, несмотря на ухудшающуюся память. К нему в напарники назначают молодого и амбициозного стажера Юрия Соломина, который стремится стать мастером в расследованиях. Вместе они начинают расследовать серию убийств, почерк которых напоминает действия маньяка, с которым Багрышев сталкивался в своей прошлой службе.
С каждым новым делом состояние майора ухудшается, и он все больше полагается на помощь Соломина. В процессе расследования Багрышева мучают воспоминания, и он понимает, что его прошлые ошибки могут быть связаны с текущими преступлениями. Зависимость от памяти и личных переживаний героя, а также сложные отношения между партнерами становятся основой для напряженного сюжета, в котором каждое новое раскрытие ведет к новым и непредсказуемым поворотам.