Un romancier revient dans l'hôtel où il eut un amour autrefois. La chambre de l'époque, la 2046, est occupée et il s'installe dans la chambre voisine. Il se met à écrire une nouvelle oeuvre, une science-fiction.

Deux histoires se déroulent en parallèle à Hong-Kong. Deux flics, qui viennent de perdre leurs petites amies, tombent amoureux d'autres femmes.