A 9 ans, Quentin vit un miracle le jour où Margo s'installe en face de chez lui. Des années plus tard, les deux enfants devenus lycéens sont toujours voisins mais se sont éloignés. Si Quentin, garçon romantique et intelligent, est resté passionné par la charmante et énigmatique Margo, il n'a presque plus de contact avec elle. Mais une nuit, l'adolescente se présente à sa fenêtre et l'entraîne dans une folle virée nocturne à travers la ville. Le lendemain, Margo disparaît subitement. Lorsque Quentin découvre que Margo a laissé des indices permettant de la retrouver, lui et sa bande de copains se lancent sur les traces de la jeune femme.