El joven Jonathan Safran Foer es un judío nacido y criado en Estados Unidos, de origen ucraniano. Como es un "coleccionista de recuerdos familiares", decide hacer un viaje a Ucrania para encontrar el pequeño y remoto pueblo de Trochenbrod, donde su abuelo había vivido antes de trasladarse a los Estados Unidos. En su viaje, Jonathan se apoya en un guía local que es el abuelo de Alex, contemporáneo de Jonathan, y que habla un inglés extraño. El abuelo y el nieto ayudan concretamente a Jonathan en su búsqueda conduciendo por los hermosos paisajes ucranianos "en la carretera" en un Trabant, hasta el punto de que la búsqueda de Jonathan se convierte gradualmente en una búsqueda íntima para los tres: el guía y el nieto también están en busca de su pasado; Alex descubre entonces que la población eslava ucraniana también fue responsable de la persecución de los judíos, incluso antes de la llegada de los alemanes.

Los tres acaban llegando al final de la línea y Jonathan descubre, gracias a una anciana que conoció a su abuelo, que el pueblo que busca ya no existe desde que los nazis exterminaron a sus habitantes. Todo lo que queda del lugar se guarda religiosamente en la casa de esta mujer, ya que ella también vivió en Trochenbrod y, como él, ha conservado la memoria de todos los habitantes de Trochenbrod. Jonathan descubre entonces que su abuelo tenía una familia anterior en Ucrania y que se había salvado trasladándose a los Estados Unidos en busca de dinero para su esposa Augustina y el bebé que esperaba, pero cuando volvió a visitarlos en Ucrania los encontró asesinados por los nazis, junto con todos los demás habitantes de Trochenbrod. Por ello, el abuelo de Alex se suicidó cortándose las venas, después de decirles que él también era judío y que afortunadamente sobrevivió a la represalia.

En ese momento, Jonathan regresa a Estados Unidos con su equipaje de nuevas experiencias y el regalo de la anciana de Trochenbrod: una caja de recuerdos llamada "casomai". En la última escena se ve a Jonathan esparciendo tierra, tomada del pueblo de Trachimbrod, sobre la tumba de su abuelo, mientras que, en Ucrania, Alex hace el mismo gesto sobre la tumba de su abuelo que se suicidó.