La película comienza con una niña que vive en una casa con su padre en algún lugar del estado de Washington. Su nombre es Katie Price, (Bella Thorne) y tiene Xeroderma Pigmentosum (XP), que es una enfermedad que la obliga a mantenerse fuera de la luz solar, ya que los rayos solares pueden causarle un daño severo. Hay un grupo de niños afuera de la casa de Katie diciendo que es una vampira porque nunca sale. Lo siguiente que sale es un niño llamado Charlie montado en su patinete. Katie (ya mayor) habla de lo enamorada que está de Charlie a pesar de que nunca lo ha conocido. Uno de los niños pequeños llama a la puerta de Katie, y su padre (Rob Riggle) dice que no puede salir a jugar porque es de día, pero esta chica cuyo nombre es Morgan exige verla y dice que regresará más tarde. Morgan se convierte en la mejor amiga de Katie.

La siguiente escena muestra como Katie (Bella Thorne) se está graduando de la escuela secundaria, solo que ella ha sido educada en casa. Su padre le da un regalo muy importante para ella, la guitarra de su madre que murió cuando Katie era muy joven. Katie le ruega a su padre que la deje ir a la estación de tren local para tocar ahí una vez que se ponga el sol. Por la noche, Katie puede salir de casa y hacer vida de persona normal ya que no hay rayos de sol que puedan hacerle daño. Mientras toca la guitarra en la estación de tren, Charlie (Patrick Schwarzenegger) la ve y le sorprende como canta. Él va a hablar con ella, y ella, asustada y nerviosa coge su guitarra y corre a su casa, dejando atrás su diario. Charlie le pregunta a Morgan si sabe quién es Katie y Morgan le dice a Katie que corra a recoger su diario la próxima noche, que lo tiene el gerente de la estación. Sólo que cuando la chica va, no es el gerente sino Charlie el que está allí con el diario para sorprenderla. Ella está nerviosa otra vez, pero él la convence para que camine a casa y hable con él.

Unos días después, Katie le envía un mensaje de texto a Charlie invitándole a una fiesta en la casa de un compañero de trabajo de Morgan. La fiesta resulta ser un desastre, por lo que Charlie, los invita a otra fiesta que está llena de gente. A Charlie se le nota que le gusta Katie por lo que, finalmente, la invita a salir a caminar, donde comparten su primer beso en un barco que Charlie mantiene para el dueño. Las siguientes escenas muestran una serie de citas en la noche. Katie no le ha contado aún a Charlie su enfermedad, solo que está ocupada por el día y solo puede quedar por la noche.

Charlie lleva a Katie a un viaje sorpresa en tren, y se van a Seattle, donde ven un concierto y caminan por la ciudad. Charlie hace que Katie toque una canción en el muelle, y una multitud se reúne para escucharla. Ellos toman el tren de regreso a casa y van a nadar al lago. Mientras descansa en la playa, Charlie dice "prepárate para el amanecer más bonito". Katie revisa su reloj y se da cuenta que está roto por el agua y que el sol casi está saliendo. Ella se asusta y comienza a correr a casa. Charlie finalmente la alcanza en su camioneta y conduce mientras ella le grita que se de prisa. Él se detiene en la casa y mientras ella corre bajo el sol que se ha levantado y brilla por unos segundos, Morgan y el padre de Katie llegan a la casa, y Morgan le grita a un Charlie confundido que Katie tiene XP.

Katie acude al médico y le dice que su cerebro se está contrayendo debido a la exposición al sol y que está empezando a tener contracciones. Ella se niega a cogerle el teléfono a Charlie. La siguiente escena muestra a Charlie investigando XP. Charlie tiene una gran reunión de natación para ganar una beca y está motivado por Katie, que le dijo que no se rindiera en la natación. El padre de Katie invita Charlie a su casa y se reconcilian a pesar de que ella intenta romper con él por su condición. Katie le confiesa a Charlie que lo ha estado mirando por la ventana durante años y cómo siempre estuvo enamorada de él.

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En otra de sus citas, Charlie lleva a Katie a un estudio de grabación donde el chico contrató a músicos para que la ayuden a grabar una canción que ella escribió llamada "La canción de Charlie". Ella la graba a pesar de que está cada vez más enferma y débil. Charlie sube la canción en youtube. Poco después, Charlie dice que va a limpiar el bote por última vez antes de que los dueños regresen y Katie le ruega a su padre que la deje ir a navegar por el puerto con Charlie, aunque haya luz solar. Está claro que en este punto ella está muriendo, y este es su deseo moribundo. Ellos van a navegar, y vemos flashbacks de su romance. La siguiente escena muestra a Morgan, Charlie y el padre de Katie, que esparcen sus cenizas en el agua donde solía tocar la guitarra con su madre. Luego se muestra a Charlie yendo a Berkeley para ir a la universidad y nadar cuando escucha "La canción de Charlie" en la radio. Nos dicen que tiene 2 millones de visitas a YouTube. Charlie le envía un mensaje de texto al padre de Katie, que toca la canción para toda su oficina. Charlie se detiene cuando la canción se está reproduciendo y lee una última carta que Katie le escribió en su diario que dejó para él, expresándole su gratitud y su amor por él.