拥有超强短暂记忆力的伪学霸丁一在高考时因被惊吓而考砸，却突然被“清华”破格录取。在前往学校的私人飞机上，他碰到了怪同学“顽劣”富二代冯子希，为了逃学，子希竟打开飞机舱门一跃而下，丁一也被卷出机舱，眼看要摔死间，子希救了丁一。在学校医疗室醒来的丁一，遇到了梦想中的二次元女神艾美。之后丁一方知这所“清华”招收的全都是异能少年。第一次与异能少年同学们见面，丁一惊到目瞪口呆。入学体检，心理医生、天才少女艾美为丁一进行脑电波扫描时，丁一超强的脑电波直接导致了仪器失灵，冯子希见丁一灵盖处有根金属线便将之拔出，压制在丁一体内的超强脑电波随之被释放。丁一返回宿舍睡觉，一位红衣小萝莉出现在丁一梦中。

心理承受力课上，丁一领教了自封“学校警察”的典伟的可怕，冯子希更是受到了典伟的侮辱，和丁一并称为废物组合。 当夜丁一又被红衣小萝莉折腾了一晚上吵得全校同学睡不着觉。于是冯子希带来了超梦机，梦中的丁一在高楼大厦间被小萝莉折磨的快要崩溃时，冯子希突然出现。二人上演了一出好莱坞大片式飞天遁地对红衣萝莉的追逐戏。 艾美也发现了丁一的超强脑电波，并指出小萝莉的出现与丁一失去的童年记忆有关联，让丁一要想方设法找回童年记忆，丁一只得联系父母，希望能找出自己的童年照片。丁父、丁母闻得丁一的要求后，似有难言之隐。而冯子希看到了和父母通电话的丁一，也触动了他一直以来对亲情的渴望。

　冯子希潜进丁一的梦境，没想到两人却被困在了格斗游戏中，而现实中的控制超梦机器的点点因为误服助眠药而沉沉睡去。被困在梦境格斗场中的丁一和冯子希被打得头破血流，险些性命不保，还好最后丁一凭借着超强脑电波，利用自己的想象力打退了对手，熬至时限而逃出梦境。 丁一收到了父母寄来的旧照片，再次请求艾美给自己进行解放潜意识。醒来后的丁一说自己看见红衣小萝莉被谋杀的一幕，却看不清楚凶手是谁。丁一回忆真相时，却意外发觉父母发给他的照片有问题，其中一个女孩的脸是被PS上去的。 无法解开谜团的丁一，心里阴影愈发扩大。 第二天上游泳课，丁一坚持不肯靠近游泳池半步，最后被点点一把扔进泳池。

丁一醒来，发现艾美的嗓音变成了红衣小萝莉的声调，吓得差点儿丢了魂。丁一和冯子希赶到心理咨询室，发现艾美昏死在沙发上。两人潜进艾美梦中。 梦中，丁一与冯子希眼看艾美被小萝莉带至天台边缘，丁一飞身扑前营救艾美，丁一与红衣小萝莉同时坠楼并跌进河中，丁一再次看到小萝莉被害过程。 艾美给丁一做潜意识解放，让他去找真相。丁一在潜意识的引导下重新回溯了当年的事件始末，发现杀死小萝莉的人正是自己! 丁一决定前往公安局自首，艾美与冯子希同丁父丁母将之拦住，并把丁一带至某医院的加护病房，指出病床上的植物人，就是丁一一直寻找的人；丁一入梦与刘珊珊相见，方知刘珊珊当年遇溺只是意外，跟丁一无关，从而解开了丁一的心结。

医院草坪上与艾美分享父母带来的特产的丁一，与独坐在五星级酒店包厢中第N+1次被父亲放鸽子的冯子希形成鲜明的对比。 宿舍内，冯子希教丁一如何用纸飞机辨别梦境和现实。 学校要进行野外实训，在冯子希的领导下，大家团结在一起，加上丁一的超强记忆能力、点点的蛮力和小蜘蛛飞檐走壁的异能，四人竟然战胜了典伟爆冷夺冠。结果这让典伟十分不爽，暴怒的典伟迫不得已被艾美带走进行心理治疗，但典伟却拒绝接受任何治疗。典伟其实也有自己的心结，他曾经尊敬的父亲因为犯罪被捕入狱，母亲因父亲入狱气结于胸突然暴毙，正是这些痛苦记忆，让典伟的性格变得如此偏激。

冯子希捉弄丁一，假装在梦中用电锯吓唬他，丁一没看到纸飞机落地，以为在梦中，差点儿跳楼，还好冯子希及时阻止。 学校举行野外定向追踪活动，丁一拒绝不了只好参与。众人来到迷宫，谁能最快走出迷宫便胜出；然而一进迷宫，丁一就躺树上睡着了。 金校长突然叫来艾美，说两天后便是她十九周岁生日，他是时候完成其父母的嘱托，将家传之宝交给她了；金校长取出藏有家传宝物冥王铑的铁盒交给艾美，并提醒她千万不要打开。家中，艾美按捺不住好奇打开铁盒，看见一块被布帛包裹着的漆黑的石头，艾美取出在手把玩，却没察觉一股能量从冥王铑中溢出，瞬时，风云变色，无数身怀异能的奇人同时感到冥王铑重现人间，而被黑烟影响的丁一头痛欲裂。

冯子希闻得艾美邀请丁一吃饭，便要给丁一来个改头换面，却白折腾了一个下午，最后竟换了一身动物cosplay装；冯子希又找来《艾美完全档案》，知道了今天竟是艾美生日! 烧烤摊前，艾美偶遇昔日的学长卓翰，卓翰邀约艾美到自己上班的心灵研究院参观，丁一有点自讨没趣的先行离开。雨中，丁一回想刚刚的事，失落之际，艾美出现，又让丁一重拾希望。 卓翰陪同艾美参观研究院，艾美被强迫佩戴脑扫描潜意识显像头盔，原来卓翰欲借着头盔，探查出冥王铑藏在哪里。与此同时，冯子希怀疑卓翰接近艾美另有目的。他悄悄跟踪着艾美和卓翰，借助超高科技仪器，监视着艾美和卓翰的举动，而此时此刻卓翰在艾美家不断打探各种消息，尤其对古董感兴趣。

窥探艾美家的冯子希和丁一被艾美逮个正着。艾美警告冯丁二人后驱逐二人离去，却不知道眼前的空气净化器原来是超高科技的微型遥控超梦仪器。夜晚，丁一、冯子希与卓翰闯进艾美梦中，丁、冯与艾美梦中的私人卫队展开激战，还看见之前潜入过艾美潜意识的神秘女侠（金若云）的踪迹。心怀不轨的卓翰到艾美家中不断翻找，却被丁一和冯子希逮个正着。双方激战，危机时刻，神秘女侠出现救了二人。 夜深，艾美辗转难眠，又禁不住取出根本没有拿给丁一和冯子希的冥王铑在手中把玩一番。艾美在梦中与父母相遇，却不知道自己已然邪恶能量笼罩全身。艾美再次梦见早已逝世的双亲，却又失之交臂，眼睁睁看着二人进入另一个空间

艾美受冥王铑能量影响醒来邪笑，并一改平日呆萌打扮,衣着野性妖艳。她找到丁、冯，不顾校务主任反对，强行带走二人。艾美巨大的变化让丁、冯二人觉得她已经黑化，并试图调查真相。二人多次来到云咖啡，寻找金若云进入艾美梦境的证据，并让其他同学帮忙安装了监视器，监视金若云的举动。 艾美受冥王铑的影响越来越大，金若云进入了艾美的梦中，告诉艾美她是因为无法进入更深层次的潜意识，才无法见到自己的父母。在药物帮助下，艾美进入更深层次的梦境。潜意识中，她与父母团聚，但她却沉迷其中久久不肯离去。这时丁一闯入艾美家中，砸烂咖啡罐子，断开金若云与艾美的梦境联系，却因此造成艾美深陷危机，无法从第二层梦境中离开。

三人进入艾美梦境，丁一想带艾美离开，却被拒绝，后终同意和其离开。金若云发现所谓艾美的父亲是磊乐假扮，磊乐为夺取冥王铑假扮成艾美父亲进入她的梦境。 学校组织前往老人院探望老人，众人利用自己的超能力哄老人们开心。眼看冯子希毫无动作要得零分之际，老人们的家人突然从四面八方而来，与其团聚。艾美为报答丁一救命之恩，请丁、冯二人吃饭，并在餐厅请求二人帮助来解决冥王铑的威胁，二人不得已答应。冯子希带着丁一寻遍全城，屡次变化地点散发冥王铑的气息，丁一被冥王铑的气息折磨得直吐白沫。云咖啡内，艾美答谢金若云，并询问其关于药物的问题，作为心理学的研究者，她对这个超梦药极有兴趣，金若云却明显不喜。

心存疑惑的丁一跟踪金若云进入了她的梦中并发现她和磊乐认识，其实金若云想要的只是彩云纱。原来，这一切只因为一个美丽的传说，而她只是想看一眼，也并不是想要拿走。 丁一想帮助金若云，央求冯子希将装着彩云纱和冥王铑的盒子挖出。丁一看完彩云纱，在梦中重新利用幻想画出了一个彩云纱，并和金若云一起遨游天空，了了金若云的心愿。但丁一不知道的是，在他和冯子希打开盒子，看彩云纱的过程中，冥王铑释放的能量引起了神秘人的注意。 不死心的磊乐带着伊梦偷偷潜入实验室，进入超梦装置。这次放手一搏的磊乐终于在第二层梦与第三层梦的交汇处打开了通向第三层梦的大门。然而进入第三层梦境的磊乐，在现实中却陷入深度昏迷，无法清醒

伊梦向金若云求助，希望通过她的超梦药物进入第三层带回磊乐。金若云最终答应了伊梦。 药物制作成功，众人顺利进入磊乐的第一层梦境，第一层梦在研究所里，众人留下伊梦。随后丁、冯、金三人服下药物，成功进入磊乐的第二层梦境，第二层梦境是磊乐与金若云的旧居，金若云来不及感慨，便留下冯子希负责守护。最终丁一与金若云服下药物，潜进磊乐的第三层梦境。第二层梦境是一个人最渴望最美好的记忆，而第三重梦境却恰恰相反，是内心最恐惧的东西。金若云和丁一一到第三层梦境，就被困在了一个巨大的迷宫中，最后凭着丁一的超强记忆力，终于找到了磊乐。但找到的磊乐却身着校服，正被流氓围殴，丁一不顾一切的上前帮忙