Mnemosyne suit la vie de Asōgi Rin, détective privé de Shinjuku dans un arc temporel de 1990 à 2055.
Le début plonge immédiatement le spectateur dans un univers d'arrière cours extrêmement sombre montrant l'assassinat de l'héroïne après une course poursuite effrénée. Il ne s'agira pourtant que d'une mort parmi tant d'autre.
Les enquêtes de Rin l'amèneront à travailler sur toutes sortes d'affaires, de la manipulation génétique à la capture d'un chat perdu.
Celle-ci est aidée dans ses enquêtes par Mimi, qui lui sert aussi bien de secrétaire que de pirate informatique, sans oublier les moments alcoolisés.
Avertissement!
Cet anime contient des scènes réservées à un public averti ! Érotisme, violences physiques et psychologiques, torture et barbarie sont couramment représentés dans la trame de l'histoire ou bien suggérés.