26歳の中古車ディーラー、チャーリー・バビット（トム・クルーズ）は、恋人スザンナ（ヴァレリア・ゴリノ）とのパーム・スプリングスへの旅の途中、幼い頃から憎み合っていた父の急逝の訃報を耳にし、葬儀に出席するため、一路シンシナティへと向かうのだった。そしてその席で、チャーリーは父の遺言書を開封し、自分に遺されたものが車1台と薔薇の木だけという事実に衝撃をうける。同時に300ドルの財産を与えられたという匿名の受益者の存在を知った彼は、父の管財人であるウォルター・ブルーナー医師（ジェリー・モレン）を訪ね受益者の正体を聞き出そうとするが、医師はそれを明かそうとはしなかった。諦めて帰ろうとするチャーリーは、スザンナの待つ車の中にいたレイモンド（ダスティン・ホフマン）という自閉症の男と出会い、やがて彼こそが受益者であり、自分の兄であることを知るのだった。記憶力に優れたレイモンドをホームから連れ出したチャーリーは、スザンナも含めて3人でロスヘ旅することにした。ところがある日、チャーリーが遺産を自分のものにするためレイモンドの面倒を見るつもりでいることを知ったスザンナは愕然とし、チャーリーのもとを去る。兄の後見人となることで遺産の半分を所有しようとするチャーリーは、飛行機嫌いのレイモンドとともに車で旅をすることになったが、ある日モーテルに泊まった夜、彼こそがチャーリーの幼い頃の辛いばかりの思い出の中で、唯一心なごませる存在であった“レインマン”であることを知り胸つき動かされ、スザンナに電話で兄の本当の後見人になる決意を伝えるのだった。こうして兄弟の熱い絆で結ばれた2人は、ラスベガスに立ち寄り、レイモンドの抜群の記憶力でカードで大金を得る。またチャーリーは、レイモンドが好意を抱いた娼婦アイリスとのデートのセッティングをしたり、ダンスを手ほどきしたりするが、結局彼女は姿を現わさなかった。落胆するレイモンドをスザンナは優しくなぐさめ、彼と一緒にダンスをし、2人は静かに唇を重ねるのだった。しかしロスに到着した2人を、現実の荒波は容赦なく押し寄せ、やがてレイモンドとチャーリーは、兄として弟として、それぞれの路を歩み始めることになるのだった。