En una residencia de ancianos, un hombre (James Garner) lee a una mujer (Gena Rowlands) una historia de amor escrita en su viejo cuaderno de notas. Es la historia de Noah Calhoun (Ryan Gosling) y Allie Nelson (Rachel McAdams), dos jóvenes adolescentes de Carolina del Norte que, a pesar de vivir en dos ambientes sociales muy diferentes, se enamoraron profundamente y pasaron juntos un verano inolvidable, antes de ser separados, primero por sus padres, y más tarde por la guerra.
