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》。