I 2004 hadde Winslet roller i to filmer. Hun spilte mot Jim Carrey i , en surrealistisk dramafilm fra den franske regissøren Michel Gondry. Filmen er satt i framtiden, og handler om sindige Joel Barish (Carrey), som anser livet sitt med eksentriske og impulsive Clementine Kruczynski (Winslet) som perfekt. Da Clementine en dag – uten forvarsel eller forklaring – sletter sine egne minner om Joel, gjør han det samme med henne. Gradvis inn i prosessen forstår han at han fortsatt er forelsket i Clementine, og han gjør et fortvilt forsøk på å motsette seg minnefjerningen. Winslet anså rollefiguren som et brudd med de tidligere rollefigurene sine, og i ettertid har hun kalt filmen et vendepunkt i karrièren. Hun har sagt hun fikk vist «andre sider ved [seg selv] som skuespiller», og at hun fikk mulighet til å vise allsidighet.