Aunque alberga el sueño de trabajar como arquitecto, su verdadera pasión, Tom (Joseph Gordon-Levitt) se gana la vida como escritor de cursilonas frases para tarjetas de felicitación. Tiene pocos amigos y su vida discurre sin grandes sobresaltos. Un día, durante una junta, su jefe (Clark Gregg) le presenta a Summer (Zooey Deschanel), su nueva ayudante. Apenas Tom la mira, enseguida caerá enamorado hasta la médula. Y hablará hasta el fastidio con sus amigos de Summer, de su voz, de su belleza, de su perfume, etcétera; así durante semanas de intensos suspiros y torpes intentos de romper el hielo, hasta que una noche de karaoke y alcohol, finalmente logra hacer contacto con ella. Hablan de su gusto similar en ciertas cosas, como la música, pero también de sus diferencias, en especial en lo referente al amor, ya que mientras ella no cree en el amor eterno, Tom está convencido de que sí existen los amores tocados con la vara del destino. Al final de la velada, cuando su mejor amigo, perfectamente borracho, está por subirse al taxi que lo depositará en casa, de pronto grita que Tom está enamorado de Summer, con lo que pareciera que por primera vez ella se diera cuenta de la existencia real de Tom, y que acaso no le resultaba tan indiferente.
Al día siguiente, se encuentran en la sala de fotocopiado de la oficina y de pronto ella lo besa, dejándolo confundido, y sale sin decir palabra. A partir de ahí comenzarán a salir juntos, compartirán sus sueños, sus lugares favoritos y por supuesto la cama… de un centro comercial, en la que Summer le advierte que ella no busca nada serio y él aparentemente está de acuerdo. Así, cuando regresan a casa de Tom finalmente consumarán el amor físico. Y será ésa la mejor época de Tom, ya que incluso bailará la danza de la felicidad con los transeúntes que encuentra rumbo al trabajo.
Pero después de algunas semanas de salir juntos y hacer el amor “amistosamente”, en un bar un tipo aborda a Summer como si Tom no existiera. Summer no está interesada, pero el tipo insiste hasta que Tom se molesta, y entonces se trenzan a golpes. Mas con esa actitud ella se irrita, porque da a entender que Tom la está considerando de su propiedad; Tom rezonga que lo que “hacen” demuestra que tienen una relación, aunque ella no quiera etiquetarlo así. Se separan brevemente y ella poco después hace que se reconcilien, con lo que nuevamente parecen felices.
Pero después de ver la película El graduado, Summer parecerá despertar de un mal sueño y decide abandonar a Tom, ya que en realidad nunca ha sido feliz con él. Aunque cree, para desesperación de Tom, que pueden seguir como amigos. Por supuesto, él caerá en una honda depresión que se verá reflejada en su trabajo, en donde ya no se siente a gusto, y decide renunciar, también porque Summer ha renunciado previamente.
El tiempo sigue su marcha y un excompañero de ambos contraerá matrimonio. Cuando toma el tren para ir a la boda se encuentra con que Summer va en el mismo vagón. Tom trata de ocultarse, pero ya es demasiado tarde y terminan haciendo juntos el viaje. También estarán juntos durante toda la boda y de inmediato él comenzará a abrigar falsas esperanzas. De hecho, justo antes de separarse, ella invita a Tom a una fiesta en su casa, con lo que Tom cree que será la oportunidad perfecta para empezar de nuevo. Sin embargo, en dicha fiesta todo quedará claro: Summer tiene un anillo de compromiso y pasa gran parte del tiempo con su prometido. Es una fiesta en la que anuncia su boda a los amigos. Tom huye desconsolado y se hunde aún más en la melancolía.
Sin embargo, gracias a sus amigos, en especial Rachel (Chloe Moretz), una niña que posee gran sabiduría pese a su corta edad, Tom comienza a retomar interés en su propia vida, y por ende, en la arquitectura, al grado de que elabora una carpeta de trabajo para mostrarla en las empresas donde le gustaría trabajar. Pero una tras otra le cierran las puertas, y cuando está a punto de perder la esperanza y se dirige a su lugar favorito para pensar, resulta que allí mismo está Summer, con quien charla y se da cuenta de que nunca habrían podido ser felices juntos, ya que ella nunca lo amó de verdad. Al final se separan sin dramatismos y Tom se dirige a una nueva entrevista de trabajo. En dicho lugar se encontrará a una hermosa mujer con la que extrañamente descubrirá cosas en común, y con quien deberá pelear el puesto de trabajo, pero que también podría significar un nuevo y deslumbrante paso en su vida. Así, cuando le pregunta su nombre, sonríe ante la casualidad cuando ella le dice que se llama Autumn.
(500) días con ella –(500) Days of Summer–, es una falsa película de amor, la cual cuenta con una estructura basada en un rompecabezas cronológico en el que cada escena está ubicada en un día distinto de los que Tom y Summer estuvieron juntos, con lo que el espectador acompaña a Tom desde la felicidad más empalagosa, hasta la depresión más negra, en una muestra poco convencional de lo que podría ser una anticomedia romántica.
