故事发生在一所北方大学校园，人工智能专业大三女生赵嘉欣和白凌同时入选“类人足球机器人”研发团队，备战“挑战杯”大赛。科研思路上，赵嘉欣坚持从基础算法入手，独立开发程序，白凌主张用开源代码，走捷径实现弯道超车，两人因此屡有争执，交换生林昊的加入使矛盾不断升级。在矛盾、挫折、悲观、希望中，同学们激发了科研创新热情，最终夺得比赛冠军。校园里丰富多彩的体育俱乐部和艺术团活动让同学们大开眼界。体育是熊剑的弱项，他在橄榄球俱乐部教练的激励下，经受住了“魔鬼训练"和"死亡爬行"，成为学弟学妹的榜样。大一新生周艳红，家境股实却过度自我，在管乐团中，她凭借不服输的精神，从“小白"成长为小专家。随着艺术修养的提高，她渐渐学会欣赏别人，开始主动帮助他人。一个学期结束了，同学们收获了强健的体魄和充满意趣的快乐生活。
高阳跟父亲从小不对付。高斌一个人把儿子带大，高阳却跟爹没大没小，直呼其名，态度好时也就叫个“斌哥”。他三天一翘课，五天一干仗，疯狂试探老师和父亲对他的忍耐底线。虽然校长的女儿金贝贝对他很有好感，但他却追着班花跑，班花一走，他的心也跟着飞到了北京。回到学校的高阳并没有消沉太久，金贝贝和田梦告诉他，虽然班花转走了，但有个更漂亮的大美女要来班里了，她叫叶晓文。高阳偷偷去办公室瞥见了转学生的样貌，果然人如其名，高阳怦然心动。令他没想到的是，走进班里的叶晓文竟是个男生！
原来，高阳偷窥到的美女叫米佳，是隔壁班的转学生。高阳大失所望，新同桌叶晓文还是个怪咖：他不言不语，对自己的过往只字不提；他坚持跟高阳换座位，坐在外面听课；作为斌哥的孩子，高阳一直备受老师宠幸，而叶晓文一来就成了众老师的重点关照对象...更让高阳受打击的是，女神米佳似乎与叶晓文很要好，一下课就来...
三年前，吴刚因涉毒被贩毒集团K所杀，其子吴振峰（陈晓 饰）因莽撞违纪被开除警籍。吴振峰心如死灰，被兄弟陈宇（王一博 饰）阻拦出境，途中二人险遭劫持，吴振峰为救陈宇被毒贩掳走，从此再无音讯，这一刻二人的命运被彻底改写。三年后，陈宇成为禁毒民警，不料吴振峰再度归来却与命案牵连。吴振峰洗刷嫌疑后，却被陈宇发觉他与贩毒集团有着千丝万缕的联系。为彻底歼灭贩毒集团，陈宇服从上级部门的安排，脱下警服开启禁毒生涯的新历程。与此同时他才得知吴振峰竟是潜伏在贩毒集团的孤胆英雄。陈宇与吴振峰先后打入贩毒集团内部，两人默契配合，并肩作战，最终在公安部署下将贩毒集团一网打尽。兄弟二人继续投身于公安禁毒事业中，不忘初心，牢记使命。
罗琦琦（赵今麦 饰）从小生活在外公身边，小学时罗琦琦被接回到汉南与父母生活，却因为妹妹自己在家中不再那么受宠爱。一次偶然，在游戏厅结识了亦师亦友的玩伴许小波（白宇帆 饰），后又因奥数与同班同学张骏（邬家楷 饰）相熟。随着张骏童年变故的发生，两人因误会疏远。而姥爷的去世、小镇的封闭孤立也让罗琦琦的性格变得孤僻。罗琦琦16岁时一心想要离开，在许小波、陈劲（余承恩 饰）等人的引导下，她逐渐发现藏于心底的梦想和对知识的渴望，她想上大学。即便罗琦琦的性格始终与学校、家庭不容，她也决定留在这里继续学习。在经历了好友葛晓菲（张昕懿 饰）失踪、小波的离开、与关荷（赵昭仪 饰）的竞争、和张骏的断交。青春里的人和事随着罗琦琦以优异成绩考入清华后，一切渐行渐远，这便是一个女孩如何与世界和解，与自己和解的成长故事。
剧集改编自桐华的同名小说《那些回不去的年少时光》。
