1998年，來自西安交大的“少年班”導師周知庸（孫紅雷 飾），前往天下各處尋找智商超群的天才少年，最終被選出的22個少年將被賦予艱巨的任務。少年吳未（董子健 飾）就是此中的一員，在這個特殊的班級里，他前后認識了有暴力偏向的麥克（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于同齡人的大學生活，同時還面對著青春期的各種“疑難雜癥”。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”的壓力也突如其來，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……