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。