Tom Hansen, un jeune New-Yorkais romantique, partage avec ses amis Paul, McKenzie et sa sœur Rachel son rêve de trouver la femme idéale, partageant ses goûts musicaux et cinématographiques. Lorsqu'il rencontre Summer Finn, la nouvelle assistante de son supérieur dans la société de cartes de vœux où il travaille comme rédacteur, Tom tombe immédiatement amoureux d'elle, car elle partage ses passions. Lors d'une soirée d'entreprise, McKenzie dévoile involontairement les sentiments de Tom à Summer, qui l'embrasse le lendemain. Leur relation amoureuse se développe sur la complicité : ils chantent le thème de K2000, jouent dans un magasin Ikea, s'échangent des mixtapes, etc. Summer pousse Tom à reprendre ses études d'architecture qu'il avait abandonnées, mais elle ne croit pas en l'amour comme lui. Après plusieurs mois de relation, leur première grande dispute survient lorsque Tom frappe un homme qui draguait maladroitement Summer dans un bar. Bien qu'ils fassent la paix, leur relation se détériore, Summer se faisant distante. Après avoir regardé "Le Lauréat" ensemble, Summer fond en larmes, ce qui surprend Tom qui pensait que c'était une comédie romantique. Il tente de la consoler en l'emmenant manger des pancakes, mais elle met fin à leur relation, affirmant qu'elle veut rester amie avec Tom. Summer quitte rapidement l'entreprise, et Tom sombre dans la dépression. Quelques mois plus tard, il la revoit au mariage d'une collègue et accepte une invitation à une fête, ignorant qu'il s'agit de ses fiançailles. Tom sombre encore plus profondément dans la dépression, se nourrissant uniquement de confiseries, devenant alcoolique et ayant des crises dans les transports en commun. Son travail, autrefois apprécié alors qu'il était amoureux, devient insatisfaisant et il est transféré au département "Condoléances". Il finit par quitter son emploi sur un coup de tête. Avec l'aide de son entourage, Tom prend conscience des signes avant-coureurs de la rupture avec Summer et décide de se sortir de sa dépression en se donnant comme objectif de créer un portfolio de croquis d'immeubles et de passer des entretiens dans des cabinets d'architecture. Un jour, il rencontre Summer dans son endroit préféré de Los Angeles et apprend qu'elle est mariée. Elle est maintenant sûre qu'elle croit en l'amour, mais Tom a perdu sa foi en cet idéal. Deux semaines plus tard, le 500ème jour après leur rencontre, Tom rencontre une candidate séduisante dans un hall d'attente et l'invite à prendre un café. Elle décline, puis change d'avis et donne son nom : Autumn.