“如果生命不可逆，我愿用最后的勇气去换得对你所有的记忆”，影片讲述了郑先生患有阿兹海默症，为了缓解自己对去世太太的逐渐遗忘，郑先生决定在所有记忆消逝前重新踏上年轻时最怀念的那一段环岛之旅。途中郑先生遇到了一名年轻女孩，相似的心情和交集的旅程让两人在机缘巧合下开始结伴同行……

九州乡下发生一宗命案，疑犯柳田却坚称自己没有杀人。其妹桐子远赴东京，希望邀请名律师大冢为兄长洗脱罪名，奈何大冢对这单案件不感兴趣，柳田最后更被处死。桐子认为当日若非大冢拒绝帮忙，哥哥就不用枉死，于是她展开了惊心动魄的复仇计划。

来自新泽西的汤姆（Joseph Gordon-Levitt约瑟夫?高登-莱维特 饰）是一个沉溺于英伦哀歌与《毕业生》情境的年轻人。他供职于一家贺卡公司，任务是撰写富有创意的祝辞。某次会议上，汤姆的老板把新助理介绍给大家，她是来自密歇根的魅力女孩莎莫（Zooey Deschanel 佐伊?丹斯切尔 饰）。莎莫自幼父母离异，因此对于感情的态度与众不同。汤姆和莎莫没有一见钟情，但却在一次酒吧K歌后彼此示好，成了非典型的恋人。而且这段办公室恋情迅速升温，爱火烧得谁都无法预料。最后，在一个餐馆里，莎莫对汤姆说了绝情的分手。深陷情网的汤姆，经受不住失恋的打击，郁郁寡欢，周围的伙伴们希望帮他走出阴影，然而，这并不是故事的全部，本片以汤姆的视角把时间重新组接，让观众在对比中体味500天恋爱的弦外之音……

本片依照季节交叉着串讲了三段凄美爱情故事。《燃烧的红叶》一篇，佐和子（菅野美穗）被男友松元（西岛秀俊）背叛，承受不住打击服药自杀，不遂变为呆子，松元在结婚当日得悉后，心生愧疚逃婚，开始用一根红绳将他与佐和子系在一起浪迹天涯。《夏日的碧海》一篇，人气偶像歌手春日奈（深田恭子）于一次交通事故中毁容，痴心歌迷为了陪伴她，不惜自毁双目。《静寂的雪山》一篇，年老患病的黑帮大佬自知时日无多，心血来潮到故地重游，发现任由沧海变桑田，旧情人仍像几十年前一样每逢周六就带好盒饭在相约的时间和地点守候他。