Joel es un tipo común y algo introvertido que, tras una relación tumultuosa con Clementine, una mujer de espíritu libre y colorido, se siente devastado al descubrir que ella ha decidido someterse a un tratamiento experimental para borrar todos los recuerdos de su amor. Desesperado y herido, Joel se deja llevar por la misma decisión. Así comienza un viaje al interior de su mente, donde los recuerdos de su relación son desenterrados y literalmente desvanecidos.

En la década de 1950, una apasionada y carismática profesora de arte llega a una prestigiosa universidad para mujeres en Nueva Inglaterra, decidida a desafiar las normas rígidas que imperan en la institución. Su objetivo: empoderar a sus estudiantes a pensar de manera crítica y a cuestionar el papel tradicional de la mujer en la sociedad.

Dewey Finn es un músico apasionado pero fracasado que, tras ser expulsado de su propia banda, se encuentra en una crisis personal. Sin un hogar y con deudas acumuladas, se hace pasar por su compañero de cuarto, quien es un profesor sustituto en una prestigiosa escuela privada. En su nuevo trabajo, Dewey decide usar a sus alumnos —un grupo de niños talentosos, pero desconocidos en el mundo de la música— para formar una banda de rock.