Εκείνη είναι μία Γαλλίδα ηθοποιός που ήρθε στη Χιροσίμα του μεταπολέμου για να πάρει μέρος σ’ ένα ειρηνιστικό φιλμ. Εκείνος είναι ένας Ιάπωνας αρχιτέκτονας που επέζησε της ατομικής βόμβας. Μαζί θα ζήσουν 24 ώρες παράφορου έρωτα. Για την ηρωίδα του Ρενέ, ο έρωτας είναι ενιαίος και αδιαίρετος. Η νέα σχέση που ταράζει τη ζωή της ανακαλεί εικόνες από την ερωτική της ιστορία μ’ ένα Γερμανό στρατιώτη στην περίοδο του β’ παγκοσμίου πολέμου, στην επαρχιακή πόλη Νέβερ. Το παρελθόν της ηρωίδας συναντά το παρελθόν της Χιροσίμα: η πόλη βιώνει το τραύμα του πυρηνικού ολέθρου, η ηρωίδα κουβαλά την τραυματική εμπειρία ενός έρωτα που διακόπηκε βίαια στο παρελθόν. Για τον Ρενέ, η πραγματικότητα της μνήμης της Γαλλίδας ηθοποιού είναι εξίσου αληθινή με την πραγματικότητα που διαδραματίζεται στο παρόν της πόλης. Η γυναίκα θυμάται την κατακραυγή που ξεσήκωσε ο εφηβικός της έρωτας στη Νεβέρ, την τιμωρία της μετά την απελευθέρωση, την εν ψυχρώ δολοφονία του εραστή της από τους συμπολίτες της. Η ανάμνηση του φρικτού αυτού συμβάντος, που σημάδεψε την ζωή της, της επιτρέπει για πρώτη φορά να αντιληφθεί άμεσα το τραύμα που βιώνει η Χιροσίμα. Την αποκάλυψη, που δεν κατόρθωσαν να της προσφέρουν τα άψυχα τεκμήρια του πυρηνικού ολοκαυτώματος που «στολίζουν» το μουσείο της Χιροσίμα ή η συμμετοχή της σ’ ένα σχετικό φιλμ, την προσφέρει η ανάμνηση.