一個極富音樂才華的男生葉湘倫（又名小倫）轉學到一所新的中學。轉學生到了新的學校，心裡總是有一點惶恐和不安的，更何況他還是一個內向少言的羞澀少年。正當他帶著好奇慢慢接受這個全新的環境之時，他遇見了一個清秀可人的少女小雨（桂綸鎂飾），兩人初見是在鋼琴房裡，傻小子愣頭愣腦地闖進琴房，驚動了正在彈琴的姑娘，他是為琴房裡傳出一段引人入勝的琴聲所吸引，從小學琴的他竟然沒有聽過這首悅耳的曲子，於是他問女孩那是什麼曲子，女孩神秘地一笑“那是一個不能說的秘密。”

從此他便迷上了那個彈琴女孩，迷上了那首不知名的樂曲。

葉湘倫為了給女孩找一本很珍貴的琴譜，竟然以新生的身份向學校著名的鋼琴王子挑戰，結果，那位學長輸得很沒面子，當眾把那本琴譜給了他。從此，這個羞澀的男生也贏得了不少女生的芳心，誰會不為一個有才華又彬彬有禮的男生心動呢？

當然，小倫和小雨的感情也越來越好。他會用單車送活潑可愛的她回家，兩個人也經常會一起在琴房彈琴。有一次，小雨彈起了她第一次遇見小倫時彈的那首曲子，小雨告訴小倫，千萬不要在舊琴房彈這首曲子！小倫也傷感地說，等畢業典禮舉行完，學校的舊琴房馬上就要拆了。他會在畢業典禮上，為小雨演奏一首曲子。

有一天，她甚至把他領到她家裡的露台上，暮靄中，面對漸漸西下的夕陽和滾滾動逝的江流，他們有了人生中的初吻。 

小雨有哮喘的毛病，小倫就到處打聽吃什麼對治療哮喘有幫助，為了這個，他甚至答應和音樂狂老爸跳舞，結果家裡剛剛買來的一堆蘋果被小倫帶到學校，他要讓小雨每天吃一個。

可女孩卻越來越神秘，她幾乎沒有什麼朋友，現在，甚至經常不來上課，小倫的蘋果最多的時候攢了15個，這就代表小雨15天沒有到學校來上課。 

他去找小雨，可小雨的媽媽說她病了，在家休息。等到第二次他去找小雨，小雨的媽媽讓他進了門，說小雨正在休息，可小倫進入小雨的房間，才發現房內空空如也，小倫發現了一張素描畫像，而畫像上的人正是他自己。同時，他還在小雨的房間裡發現了一張泛黃的照片，照片上的人，一個是小雨，一個是小倫的爸爸。

迷惑、驚訝、好奇立時占據了他的心頭，讓他心亂如麻。他回到家，向爸爸問起了這張照片的來歷。

原來，小雨是二十年前爸爸的學生，也是音樂班的，主修鋼琴，非常有才華。有一天，小雨在琴房練琴，偶然間在鋼琴底下發現了一本很破舊的琴譜，她照著琴譜彈了起來，在美妙的琴聲中，琴房的牆壁開始變得斑駁，屋子裡別的家具也飛快地不斷變換著位置，原來，這本神秘的琴譜帶著小雨穿越時空，來到了二十年後，也就是一九九九年，還是這個琴房，小雨彈完一曲，小倫從琴房外走進來。

因為小倫在畢業典禮上彈琴的時候戴著同班喜歡小倫的女生給小倫的幸運手鏈，小雨和小倫產生了誤會……

與此同時，這個一在舊琴房彈起那本名叫“秘密”的琴譜上的樂曲就能穿越時空的的“秘密”讓小雨陷入了困惑，因為在未來的一九九九年，除了小倫，別的人都看不到她，另一方面，她說自己能夠穿越時空的反常舉止也遭到同學們的譏笑和不理解，只有小倫的爸爸——葉老師理解她，安慰她。因為大家都認為小雨是胡思亂想，精神出現了問題，媽媽便讓她退了學，從此她便待在家裡。但葉老師沒有放棄她，他甚至親自到小雨家，邀請她回學校參加畢業典禮，於是，就有了小倫在小雨家發現的兩人的合影。

小倫恍然大悟，以往和小雨在一起的一幕幕情形，一時間全部湧上他的心頭，他發瘋般地衝向學校裡的那間舊琴房，不顧琴房正在拆遷的危險，順著樓外的腳手架，砸破琴房被密封的玻璃爬上了那間舊琴房，破碎的玻璃把他的手臂劃傷了。但他根本顧不上傷痛，飛快跑到鋼琴前，發瘋一樣地彈著那首小雨彈的曲子。窗外，拆遷的鏟鬥車也開始一鏟鬥、一鏟鬥地拆樓，樓體開始顫抖，可小倫還是像什麼都沒有發生一樣地彈著琴，最後，用於拆遷的巨大的鋼球向正在彈琴小倫的座來……

(以下文字包含電影劇情，不想得知的讀者可略過），周杰倫飾演的小倫與桂綸鎂所飾的小雨，在片中發展校園愛情，然而小倫漸漸發現其他人都沒見過小雨，心生疑惑，才發現小雨原來是生活在20年前的人，因為一本神奇的琴譜，跨越時空與小倫相遇.