Estamos en los años cuarenta. Una joven va a la ciudad costera de Seabrook (Carolina del Norte) para pasar el verano con su familia. Allie Hamilton (Rachel McAdams), todavía adolescente, conoce a un chico local - Noah Calhoun (Ryan Gosling) - en la feria. Nada más verla, Noah sabe que él y Allie están destinados a vivir juntos. Aunque ella es de una familia adinerada y él es un pobre trabajador de fábrica, a lo largo de un apasionado verano sureño los dos se enamoran profundamente.
Las circunstancias - y el repentino estallido de la Segunda Guerra Mundial - les separan, pero ambos conservan vivo el recuerdo del otro. Cuando años después Noah regresa de la guerra, Allie ha salido irrevocablemente de su vida pero no de su corazón.
Aunque Noah lo ignora, Allie ha vuelto a Seabrook, el lugar donde se enamoraron. Pero está comprometida con Lon (James Marsden), un rico soldado que conoció mientras hacía trabajos voluntarios en un hospital militar.
Décadas después, un hombre (James Garner) lee una vieja y descolorida libreta a una mujer (Gena Rowlands) a la que visita regularmente en la residencia de ancianos. Aunque sus recuerdos se han desvanecido, le fascina la emotiva historia de Allie y Noah y durante unos momentos es capaz de revivir la época apasionada y turbulenta en la que juraron pasar el resto de su vida juntos.