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李南恩是个小镇姑娘，从小热爱中国传统文化。大学毕业后到了法国波尔多大学学习建筑学，并阴差阳错进入了“高级动物研究社”。此研究社正在开发一套具有跨时代意义的生态建筑系统名为“空中花园”，而研究社的灵魂人物周尔文 是一个高冷学霸，致力于研究生态环保和建筑的融合。两人互是对方 眼中的冷血鳄鱼和恼人鸟，成为冤家。周尔文不仅对南恩的才能有质疑，她推崇的中国传统建筑理念也得不到周尔文的认可，总是高木在一旁当和事佬。经过一段时间的相处和磨合，他们发现各自的理论共通融合以后对“空中花园”有极大益处。毕业后，社员们归国创业，过程中遇到了重重阻碍，但他们越战越勇，通过所学理论，结合国内环境，因地制宜，最后获得巨大成功，带着中国梦，把中国文化下的成果带出了国门，颠覆了全球建筑行业。
大学刚毕业的李南恩是个来自南方小城小康之家的乖乖女，为了跳脱出毕业回乡、工作相亲、结婚生娃的小城女孩千篇一律的生活模版，她用尽毕生运气通过了雅思考试，最终需面临留学学校面试那一关。周尔文是维多克尔大学留学生中的翘楚，生物系怪才。一次意外撞见了正在攀岩减压的李南恩，误将他当成要轻生，周尔文的见义勇为闹成乌龙，两人翻滚到一处杂蔓丛生的洼地十分狼狈。面对学校面试时间已临近，李南恩走投无路。这是周尔文用言语激将令南恩茅塞顿开，两人齐心冲破了阻挠。
被追地气喘吁吁的窃贼，无奈之下丢下了包，但南恩不依不饶想要找回自己的护身符，却中了窃贼的计，被包围，关键时刻周尔文出现，用手机黑进附近的喇叭模拟警铃声，趁窃贼慌乱中救出了南恩。 入学当天，同样是建筑系新生的中国女孩祖玛，邀请南恩一起参加宣讲会。祖玛得知南恩暂时住在高动公寓公寓里面，于是向南恩打听吴所谓的事。 宣讲会即将开始，因实验资料被偷窃，宣讲会可能会被取消，周尔文与高木只能空口演讲，将宣讲会进行到底。
祖玛在高动获得了吴所谓的电话号码，二人开始了一些有趣的互动。 次日南恩上专业课，发现这个课的白教授最擅长的研究领域是“环保建筑”。南恩感觉自己这堂课与“生态循环系统”有一点关系。下课之后，南恩找到白教授，询问“生态循环系统”与“环保建筑”的关系。 这天是南恩的生日，她接到高木的电话，让她晚上回家庆祝生日。南恩内心狂喜，阴霾一扫而光。为了在高木学长面前露一手，为了更好地被高动成员们接受，南恩准备亲自下厨。
周尔文、高木和李南恩三人一组，高木走到一半由于过敏返回原路休息，周尔文和南恩两人一路。李南恩和周尔文终于发现了仙履兰开在了悬崖峭壁上，攀登悬崖是南恩的强项，她积极投入，一展体能和身手。周尔文在山崖非常担心李南恩的安危，觉得她不按规则鲁莽冲动。果然，南恩好不容易找到仙履兰花，把花摘下以后太过得意忘形，花掉下了悬崖被毁，南恩在受到惊吓的同时确实意识到了自己的错误，这一次她无颜反击。周尔文没有再多说什么，让团员们带南恩回去，自己独自上山继续寻仙履兰。
周尔文在公寓看到可疑人，连忙追出去，可是追了三个街口人就不见了。他感到十分不安。结果一秒后，周尔文被蒙面人抵着刀要求交出他们的成果。周尔文讥笑他们用偷的不成，现在改用明抢了，这时街口出现了路人，黑衣人在周尔文手臂上划了一刀，然后慌张逃走。周尔文按压着手臂，鲜血狂流不止。 周尔文回到学生公寓，向成员们隐瞒自己身上的伤。然而进卫生间处理伤口却碰上南恩，南恩发现周尔文的手臂正在淌血。南恩替周尔文包扎。
南恩在与哥哥聊天中获得灵感，设计出“蝶恋花”的主题。然而却被审稿的万薇一棍子打死，万薇告诉李南恩：这次联谊会与空中花园有关，并非是一个怀念的主题，而应该是一个积极向上生气勃勃的主题才对，令南恩重做。 南恩受到挫败，无从下手，借酒消愁，接着酒劲邀请周尔文一起喝酒，不甚酒力的周尔文没喝几口就醉了，南恩跟周尔文聊起了自己的父亲，当南恩问周尔文他的父亲是做什么工作，周尔文闭口不答，转身回了自己的卧室。
第二天，联谊会顺利开始，南恩准备了一个魔术表演找高木做搭档，高木同意。节目开始，南恩上台，当幕布拉开，原本应该变出高木时，变出来的却是万薇和高木两人。此时所有的掌声都为这对佳人而来，高南恩感到非常失落。同时高木和万薇吻到了一起，南恩感到一阵触目惊心，而在不远处，周尔文正看着惊慌失措下的南恩。但南恩很快平静下来，邀请周尔文讲解这次联谊会“蝶恋花”的主题由来。而周尔文却让高木来介绍，带着南恩离开了联谊会。
载着南恩的黑车终于停下来，司机向南恩伸出黑手。挣扎间包裹掉地，于此同时，周尔文出现在两人的面前。周尔文制服黑车司机，带着南恩迅速离开是非之地。 当周尔文带南恩回到高动社团时，所有人都在等他们回来。万薇焦急地接过包裹打开，却发现精密实验仪器已经被摔得粉碎。万薇当即甩锅给南恩，就在这时，周尔文替南恩揽下了责任。余不羁本就对周尔文下午的擅自离开而不爽，乘机与周尔文大吵一架，被高木拦下。
祖玛因为吴所谓爽约，来到公寓质问吴所谓，两人大吵一架，祖玛负气离开。在余不羁的撮合下，两人和好如初。余不羁因为周尔文实验缓慢，而心存不满，向高木抱怨，碰巧遇见了周尔文与 Zack Lee 秘密约见，由此对周尔文的怀疑加深，这时余不羁接到一个陌生电话约见余不羁见面。原来约见余不羁的是迈克，迈克告诉余不羁周尔文父亲与“家园二号”的关系，目的是为了挑唆周尔文和余不羁的关系，从内部击垮实验。
白老的病情迅速恶化，急需要钱来给白老治病。巨大的资金压力再一次落到高木头上。高木不得不向父亲低头，终于答应父亲进来参合一脚。 在这段时间里，南恩陪伴在白老身边，积极鼓励白老。但这一切都不及万薇通过人际关系找来了著名的医生，南恩见到自己与万薇的差距，内心开始自卑。周尔文向 Zack Lee 交出实验的那天，请求 Zack Lee 给自己 CDV plus 药的使用权，但 Zack Lee 表示让周尔文以空中花园的版权作为交换，周尔文拒绝。
坐热气球前，余不羁提出玩真心话大冒险的游戏，众人只能无奈接受。周尔文输了游戏，接受了真心话的惩罚，万薇乘机问周尔文如果要剔除一名成员，他选谁，周尔文毫无犹豫地选择了自己，场面一点尴尬，高木扯开话题，游戏继续。祖玛在游戏中帮助南恩向高木表白，为高木和南恩创造了单独在一起的机会，南恩终于鼓起勇气在旁边的溪流处把方巾送出并表白，高木犹豫间，南恩不等高木拒绝就跑掉。
万薇来到高木家，催促高木抓紧时间。高木拿了南恩送的方巾带上，万薇到高木家认出了方巾，直指方巾配不上档次，要高木扔掉。高木不肯，高木的态度让万薇有些心寒，高木不懂万薇为生气的原因，这让万薇更加生气，头也不回地走掉，高木追赶不及。周尔文为了让南恩高兴，亲自做了欢迎视频祝贺李南恩正式加入高级动物。但李南恩依然处在失恋的状态，高兴不起来。
高木抱住万薇，说无论发生什么事情，都会在她的身边，两人紧紧的抱在一起。南恩来到剧场，在寒风中看着人群进入剧院，却怎么等都等不到高木。南恩给高木打了很多电话，高木都没接。周尔文在高动实验室里面心不在焉，余不羁看出了他的心事，鼓励他去追寻自己的爱情，周尔文终于忍不住出门去找李南恩。周尔文来到剧院门口，发现李南恩在一个人剧院门口等候，李南恩谎称高木就快要到了，周尔文默默地走开。此时天空下雨，李南恩被路过匆忙的行人撞到，南恩终于忍不住大哭，周尔文走过去，紧紧抱住了她，并帮她擦眼泪，南恩突然感受到了前所未有的安全感。周尔文看着李南恩伤心的样子，抱住南恩将她带回公寓。
高木送给万薇一个银制的戒指作为承诺，分别戴在两人手上。高木说现在自己还没毕业，所以只能是银的。等到毕业，会拿着自己赚钱买的戒指，来求婚。万薇哭答应了，殊不知，万薇为了拯救家族，更加紧密地与财力雄厚的高展阳联系起来。她收到了一个命令，她别无选择只能听命。吴所谓木讷一直没有意识祖玛生气的原因，在余不羁的开导下，吴所谓意识到自己的错误，去找祖玛，向祖玛承认到自己的错误，祖玛也向吴所谓道歉不应该一直粘着他，两人敞开心扉，和好如初。南恩因被高木拒绝，借酒消愁。悲伤加上酒精，南恩的夜晚简直迷幻得一塌糊涂，缠着给周尔文化妆，周尔文没办法只能被南恩缠着。高木和万薇来到公寓，周尔文预计到南恩不痛快，竟然勒令南恩去实验室干活。
南恩心里乱极了，她根本不敢相信周尔文喜欢自己，也不想去接受，她还没有从高木的感情中走出来。南恩摸清楚了周尔文的作息习惯，总能如同狡猾的兔子一样溜走，最终还是被周尔文堵住了。周尔文看着南恩一团糟的毕业设计，强行要做南恩毕业论文的指导工作。 周尔文与南恩在图书馆讨论毕业设计—治愈空间，周尔文追势迅猛。渐渐图书馆传出了周尔文与李南恩的绯闻。李南恩知道后，希望周尔文不要再追自己。周尔文决定闭关研究告诉南恩会有一时间不会见面，让她不要再为这件事苦恼了。
南恩精心准备的毕业汇报非常成功，而在演讲的过程中，她脑海中浮现的是与周尔文在一起的时光，演讲结束后，她明白了自己内心的感情，赶回高动准备去找闭关的周尔文。 南恩来到实验室，寻找周尔文，却没有回应，打电话周尔文也不接，寻着手机铃声，南恩看到周尔文晕倒在地，南恩洪荒之力爆发，强行将周尔文拖出了实验室。南恩终于把周尔文送进了医院，此时，高木、万薇、余不羁、吴所谓和祖玛都闻讯赶来。
南恩从医院跑回公寓，取回盆栽赶到医院时，看到护士正在整理病房，南恩以为周尔文去世了，大声哭泣。这时，周尔文出现，南恩一把抱住了周尔文。 南恩赶紧掩饰自己激动的内心，周尔文早已看穿南恩心思，此时高动的其它成员走入病房，南恩得以松一口气，逃出病房。 高木、余不羁和吴所谓因周尔文醒来而心中的石头终落地。这几天关于资方催促试验成果，高木也如实汇报给周尔文。周尔文提出反对，他希望能再给他一些时间，他定能将原因查证清楚。
南恩始终等着周尔文的到来，周尔文却没能出现。南恩久等周尔文不来，决定回公寓，远远地便见到宿舍正燃起大火。 南恩冲回公寓，看见虚弱的白老从大火中被救出。 而万薇这边应龙七的要求删除了他出现在公寓的视频。 众人跟着白老一起来到了医院，医生告知白老因为高温浓烟导致心脏起搏器损坏，心脏长时间供血不足已经无法抢救了。众人看着白老的尸体被推出急救室，悲痛不已，只有万薇脸上震惊的表情一闪而过。
毕业典礼后，南恩将盆栽种在了大树下，这是南恩对自己留学生涯的告别。她将对周尔文的思念埋在心底。 而在大西洋附近的一条考察船上，脑部重伤的周尔文醒了过来…… 船上的人操着各国语言，一名中国女孩陈宥拨开人群，她告诉周尔文她是一名中国记者，随国际科考志愿者记录环球航海全过程。而周尔文脑中一片空白，忘记了所有事。 祖玛和南恩毕业后也成了名副其实的“海漂”，回到上海踏上了千万大军求职的道路。她和祖玛在上海合租了一间。
表哥李南天借着来看看南恩的名义竟大大方方地住进了南恩的家，实则是来上海向他爱慕已久的姑娘表白。南恩拿出仅剩的生活费为哥哥打 call，谁知当晚哥哥就因为想请姑娘吃大餐而用光了南恩身上所有的钱，南恩找到了喝得酩酊大醉的哥哥，哥哥因穷困而被姑娘侮辱，深深感受到失恋的痛彻。南恩给哥哥打气，两人发誓一定要在上海出人头地。 茫茫大海上，周尔文在科考船上搜集到一丝微弱的通讯信号，他急切的拨通，李南恩的电话接通，信号却断掉，李南恩坚定是周尔文打的电话。周尔文又开始 头痛，记忆跳闪，白老被绑架，大火，被击晕，击打他的那张罪恶嘴脸。
