1998年，來自西安交大的「少年班」導師周知庸（孫紅雷 飾），前往全國各處尋找智商超羣的天才少年，最終被選出的22個少年將被賦予艱巨的使命。少年吳未（董子健 飾）就是其中的一員，在這個特殊的班級里，他先後認識了有暴力傾向的麥克（王櫟鑫 飾）、小天才方厚正（李佳奇 飾）、「神棍」王大法（柳希龍 飾），以及聰明卻冷若冰霜的周蘭（周冬雨 飾），五位天才少年從此開始了早於同齡人的大學生活，同時還面對著青春期的各種「疑難雜症」。女神江依琳（夏天 飾）的出現擾亂了男生們的心，攻克「世界數學大賽」的壓力也從天而降，而導師周知庸也面對著人生中的最大難題，「少年班」該何去何從？天才少年人生的征途才剛剛開始……