Adrienne Willis (Diane Lane) está en proceso de divorcio de su marido Jack (Christopher Meloni) después de que éste la dejara por otra mujer. Su separación ha provocado una ruptura entre Adrienne y su rebelde hija adolescente, Amanda (Mae Whitman). Una mañana, al recoger a Amanda y a su hijo Danny (Charlie Tahan) para una visita de fin de semana, Jack le dice a Adrienne que todavía la ama y que quiere volver a casa. Ella le dice que necesita tiempo y espacio para pensar.

Adrienne se dirige a Rodanthe, Carolina del Norte, para cuidar la casa de huéspedes de una amiga (Viola Davis) durante el fin de semana. Se trata de una casa en la playa, parcialmente sumergida en el oleaje cuando hay marea alta. El único huésped del fin de semana es el cirujano Paul Flanner (Richard Gere). Sufre de recuerdos de una operación que terminó trágicamente, lo que le ha vuelto frío y frustrado. La familia del paciente que falleció vive en Rodanthe y le ha demandado por homicidio involuntario.

Mientras llega una tormenta, Paul y Adrienne trabajan juntos para proteger la posada. Cenan juntos, comparten historias y acaban acudiendo el uno al otro en busca de apoyo emocional. Comienza un auténtico romance y se enamoran. Con el consejo y el apoyo moral de Adrienne, Paul encuentra el valor para visitar al viudo de la paciente fallecida. También se siente culpable por haber dejado de lado una relación con su hijo Mark (James Franco) en favor de su carrera. Finalmente decide visitar Ecuador, donde Mark trabaja como médico en una comunidad empobrecida.

Durante su separación, Adrienne y Paul intercambian numerosas cartas en las que expresan su deseo de volver a estar juntos. La noche en que Adrienne y Paul deben reunirse, él no aparece. Una tarde, Mark llega a la puerta de Adrienne con una caja con los objetos personales de Paul. Paul había muerto en un deslizamiento de tierra mientras intentaba salvar material médico. Mark agradece a Adrienne por "devolverle el padre que conoció cuando era niño".

Durante las semanas siguientes, Adrienne lucha con el dolor de la pérdida de Paul. Finalmente, Amanda le sonsaca la historia a su madre. Adrienne comienza a afrontar su pérdida, lo que supone un punto de inflexión en su relación. Le cuenta a su hija la historia del tipo de amor tan especial que encontró con Paul y la anima a buscarlo por sí misma algún día.

Adrienne regresa a Rodanthe y ve una pequeña manada de caballos salvajes en la playa junto a la posada. Ella, sus hijos y su mejor amiga caminan hasta el muelle donde Adrienne y Paul bailaron una vez.