文学系大学生林溪在图书馆备考研究生时，发现自己借阅的每一本书里，都有用铅笔写的细腻批注和读后感。这些批注仿佛看穿了她的心事，给了她莫大的鼓励。林溪开始寻找这位“影子读者”，最终在图书馆的角落找到了管理员苏澄。两人因书结缘，开始了一段在书架间、字里行间里缓慢发酵的甜蜜恋情。然而，林溪毕业在即，这段因书而起的爱情，也面临着现实的考验。
林溪的借阅卡即将到期，这意味着她不能再频繁出入图书馆。苏澄悄悄为她续办了一张“荣誉校友”卡，并在卡背面写上了“永远有效”的字样，用他的方式承诺了未来。
苏澄在整理捐赠旧书时，发现了一封夹在书里、写给未来读者的泛黄情书。他和林溪一起根据线索，找到了写情书的老奶奶，并帮她将这封迟到的情书送到了早已逝去爱人的墓前。
图书馆突遇停电，黑暗中林溪有些害怕。苏澄不知从哪找出一把手电筒，在书架间为她举办了一场“影子戏”表演，用光影讲述了他们从相遇、相知到相爱的故事。
图书馆门口来了一只流浪猫，赖在诗歌区不走。苏澄和林溪一起照顾它，并发现猫总爱躺在某本诗集上。翻开那本诗集，里面正好有首关于“相遇与等待”的诗。
林溪终于忍不住，在一本书的批注下面用钢笔回复。几天后，她拿到那本书，发现自己的回复下面又多了新的批注，一来一回，他们通过一本书开始了无声的对话。
林溪为了找一本绝版书，在书架尽头迷了路。她看到一个戴眼镜的男生正靠在窗边安静看书，阳光洒在他身上，他手里那本书，正是自己苦寻未果的那一本。