叶湘伦（周杰伦饰演）与父亲相依为命，父亲（黄秋生饰演）是淡江艺术中学的训导主任，湘伦自小在他的培养下，拥有非凡的音乐才华。这天是湘伦转读淡江艺术中学的第一天，当他跟着同学晴依参观校园时，突被一段神秘的钢琴乐曲吸引。湘伦随着琴音引领，走进一间旧琴房，发现弹琴的是一位清秀脱俗的女生路小雨（桂纶镁饰演），两人虽然没有交谈，但在四目交投之间，双方都泛起微妙的感觉。原来小雨是湘伦的同班同学，似乎小雨上课时还总是迟到，而已经在百年琴房引起对方注意的两人的感情不知觉间迅速深化，在并不漫长的相处中达到了互相分享秘密的阶段；但每当湘伦问及那天在百年琴室所听到的神秘乐曲时，小雨总是回答：“这是一个不能说的秘密……”一段充满浪漫悬疑的爱情从此开始…… 最后湘伦发现小雨跟他不是一个时代的人，他们整整相差了20年。小雨也是湘伦爸爸的学生。在小雨读书时候，有一天，突然发现音乐教室的钢琴底下钢琴有一本乐谱。那本乐谱的名字就叫做《Secret》，乐谱上面还说如果把这段钢琴曲子快速弹奏完毕之后第一眼就决定了缘分。小雨一遍弹奏，其自身便进入时空变换之“场”。不知不觉，她来到了20年后。在同一间教室，她第一个就看见了被音乐吸引过来的湘伦。 湘伦班上还有一个女生喜欢湘伦,但因为只有湘伦能看见小雨，所以当湘伦示意同学把字条传给最后一桌的小雨的时候，字条却传到了在同学眼里是最后一桌的晴依，以至于湘伦约到的不是小雨而是晴依。那天晚上湘伦闭上眼睛以为是小雨来了，就示意要她吻他，当晴依吻湘伦的时候，不巧这时候正好被小雨看见了。她以为是湘伦已移情别恋。痛伤之余几个月都没有去学校。

湘伦找小雨找了好久，但是因为小雨进入未来后第一眼看到的是大勇，所以看两个有情人终于未能见面冰释误会，小雨随后来到了旧琴房，弹起了那首《Secret》又回到了20年以前的生活中。路小雨告诉了叶湘伦的父亲这件事情，但所有人都认为小雨有精神病。小雨的妈妈甚至还专门买了治疗精神病的药给小雨吃。同时她在学校也受到了同学的肆意嘲笑。一个同学在课间竟写小纸条给小雨问她20年后的浪漫爱情中失身了没有。小雨难过极了。回到家里再也不肯去学校了。

湘伦跟小雨在一起的时候曾经对小雨说过，“毕业典礼上，我要为你演奏”。到了小雨毕业的时候，湘伦的爸爸来到小雨家里找小雨，希望她能参加毕业典礼。小雨想起了湘伦说过的话。和湘伦的爸爸合影完后，便再次去了钢琴教室。弹奏《Secret》让她再次来到了20年后，并出现在了湘伦的毕业典礼上。听到了湘伦为她弹奏的《天鹅》。正在这时候舞台上的湘伦发现了他寻找了5个月的小雨。小雨发现湘伦看着她，回身便走。湘伦钢琴还没有弹奏完毕就也跟着跑出去追小雨。湘伦追到她后抱住她说：“你不要消失了好不好？”湘伦的爸爸也追了出来，呵斥他要他继续参加典礼。湘伦回身要小雨在教室里等他。这个时候不巧又被小雨看见了晴依借给湘伦的幸运手链。小雨想起了那天橄榄球赛的对话，误以为湘伦与晴依在一起了，伤心之下又回到了20年以前。

湘伦毕业典礼完毕后来到教室，只看见他的两个朋友在偷别人的东西。湘伦问他们是否看见了小雨。他们很奇怪。湘伦继续说“就是那个在舞会时和我一起跳舞的女孩子”。他们听后都很惊讶，“舞会时，你明明是一个人在跳啊。”湘伦也想起了那天舞会后，有女生对他说，“下次如果没有舞伴，可以来找我啊。”又想起小雨的确是有些奇怪——为什么她都没有朋友，也没人理她，而且她还不准湘伦在学校的琴房弹那首《Secret》。思路一点点清晰，湘伦终于感到了小雨并不是个一般的女孩子，所有人都看不到她……湘伦情绪复杂地来到教室小雨的座位上回想他们的点点滴滴的美好。这时竟然看见了修正液凭空在桌子上出现“我是小雨，我爱你，你爱我吗？”等字样，他再也受不了失去小雨的刺激，疯狂写出“你在哪”，在湘伦想写“我也爱你”的时候立可白没有油了，湘伦拼命用笔尖刻出一颗心（看出拼命是因为心的最后一笔有个长长的尾巴。可能是太激动）。湘伦困惑极了，再次来到小雨家。他听到了《情人的眼泪》，又看到了那本《天鹅》，打开《天鹅》后，湘伦和小雨的妈妈看见了小雨在20年前画的湘伦。小雨的妈妈这才发现错怪小雨了。他感到很疑惑，这时小雨的妈妈从抽屉里拿出了小雨与小伦的爸爸的最后一次合影，湘伦飞快地赶回家里并从父亲那里了解到了关于小雨的事情。

湘伦的父亲说：小雨是他20年前的学生，钢琴弹得很棒，就是有些喜欢胡思乱想，还说什么20年后喜欢一个男生的事情，他们都认为小雨是神经病。湘伦听后顿时明悟了这所有的一切，并马上跑去学校的音乐教室，琴房已成工地，到了拆琴房的最后关头，眼看时间就来不及了。他不惜被划伤从窗户爬进去，用滴血的手指以最快的速度弹起了那首《Secret》。家里的湘伦爸爸看见了小雨留下的《Secret》乐谱，发现小雨在20年前就在乐谱的尾页写下了“……我爱你”等字眼，落款是“路小雨”，湘伦的爸爸又掀开了左上方折着的一角，竟看见了表白对象——叶湘伦！他这才知道，20年前的一切，都属误会，小雨真的爱着一个未来的年轻人，而且那就是自己现在的儿子！他猜到了刚刚突然离去的小伦会做什么，更知道工地的危险，被深深震动的他以最快的速度向学校跑去。而与此同时，湘伦弹奏到了最后一段，在百年钢琴伴琴房毁灭的前一瞬终于来到了20年前小雨的世界……小伦在教室里找到了小雨，但是小雨似乎不认得小伦。（大家在斗琴那段可以知道，叶湘伦有很高的模仿能力，而且弹琴可以弹得非常的快。就因为弹得太快了，所以叶湘伦来到了小雨还不认识他的时候）在最后1979年的毕业照上，却出现了小伦。也就是说因为某种原因，小伦出现在了那个年代，并不像小雨那样只被一个人看到。 感悟：一个穿越了20年的爱恋是多么凄美的一个故事啊，路小雨喜欢上了叶湘伦，但是别人都不相信她，认为她是一个神经病，最后小雨郁郁而终，在她死的时候在课桌上写了这几个字“我是小雨，我爱你，你爱我吗？”而叶湘伦为了小雨不惜冒着生命去穿越到20年前，最后终于在一起了。人生往往就是这样，可以为了自己喜欢的人做任何事情都是值得的，虽然电影是假的，可是它传达的意思确实值得我们去深刻的。