故事发生在曼彻斯特城市大学，欧文在校内学生会酒吧兼职音响师，平日性格内向、痴迷独立音乐，始终相信一见钟情与命中注定。一场校园派对的舞池里，他偶遇一位名叫艾米丽的陌生女孩，两人聊音乐、聊理想，短暂相处便滋生浓烈好感，分别前女孩匆忙写下自己的手机号给他，可欧文回家后才发现号码少了一位数字，彻底失去联络渠道。全校共有三百多名名叫艾米丽的女学生，身边朋友都劝欧文放下这段短暂邂逅，可执着的他不愿就此错过，在校园各处张贴寻人海报，还给全校同名学生群发邮件寻人，这场轰轰烈烈的寻人行动瞬间引爆校园，登上校园播客与社交热搜，有人被他的浪漫打动，也有不少同名女孩感到被打扰，发起抗议。最先主动找到欧文的，是同样名叫艾米丽的美国交换生，她主修心理学，正在撰写毕业论文，核心论点是浪漫爱情只是人类大脑产生的非理性错觉，完全不相信一见钟情。艾米丽原本打算把欧文当成论文观察样本，主动提出帮他一起寻找那位派对上的女孩，两人就此组队，穿梭校园街巷、酒馆、社团活动四处打探线索。相处过程里两人观念持续碰撞：欧文执着追寻虚无缥缈的心动，艾米丽习惯用理性拆解所有浪漫情绪；可一次次结伴寻人、深夜谈心、逛遍曼彻斯特老城的过程中，理性的艾米丽渐渐被欧文纯粹真诚打动，欧文也在她的开导下开始反思，自己执着寻找的究竟是初见的女孩，还是心中幻想的完美缘分。随着线索逐渐清晰，欧文终于找到了派对邂逅的那个艾米丽，真正见面交谈后他却恍然醒悟，两人三观、生活节奏完全不合，当初的心动不过是夜晚氛围催生的短暂错觉。反观一路陪自己奔波、争执又彼此陪伴的心理学艾米丽，才是真正契合自己灵魂的人。影片结尾欧文放下对虚幻邂逅的执念，在校园露天音乐节向艾米丽告白，两人放下各自的固执，接纳彼此截然不同的性格，走到一起。