年的盛夏，少女小葵有一個偉大的夢想。聽說，小城月的時候，火車就要開始運行了。聽說，葵花田很漂亮，大把熱烈的色彩與藍天白云相映成趣。

這個盛夏，小葵因中考失利而變得沉默寡言。月，小葵的父母把她送進了小城的一所職校，為她選了美術設計專業。失意的小葵在學校里總是悶悶不樂，直至遇見了轉學過來的男生任向南。

任向南長相平平，但是他身上有兩種東西吸引著他人的眼光：一是成績，另外一個就是他冰冷的氣質。因他的孤僻性格，班上的男生十分厭惡。所以，他經常受到男生的挑釁，但他從來都是以沉默回應。小葵開始注意任向南，她發現任向南總是低著頭畫畫或者看小說。

圖書館里，小葵正捧著一本畫冊看得出神，任向南經過她身邊時居然遞給了她一幅畫，小葵吃驚得瞪大了眼睛，任向南居然為自己畫了一幅素描！

小葵訕訕地說：“為什么送畫給我？”任向南眉毛一挑：“畫里面的人是你，不送你，送誰？”這幅畫，讓兩人慢慢熟悉起來。小葵發覺，其實任向南并沒有那么不可靠近，只是他真的不喜歡說話。很多時候都是小葵在說，任向南在聽。

一次放學，他倆相約去鐵道邊看夕陽。

任向南問：“小葵，你最想去哪里？”

向小葵抬頭看著前方，“我想要去看那些明媚的葵花田。可是，我不知道葵花田在哪里。”“你以后去廣州吧。那里有你想見的葵花田。”任向南說。

那天回來后，小葵突然覺得，青春真的可以充滿陽光。然而，一個月過后，任向南悄無聲息地轉學了。上課時，小葵總是會回頭看看那張空蕩蕩的桌子，她的心里頭藏著大片大片的烏云。“任向南，你連離開都不肯通知我一聲。”

而此時的任向南，也在想著小葵，他的不辭而別，是因為他的父母都是鐵路工人，一段鐵路修完了，他們便要輾轉到另一個城市修另一段鐵路。走時，他來不及向小葵告別。火車駛出小城的時候，任向南在車廂的窗戶上寫下了“向小葵”三個字。“向小葵，你知不知道，我不喜歡與人交往是因為我害怕分別。只是，你真的是我最溫暖、最美好的回憶。”

任向南離開的第天，向小葵跟著旅游團去了廣州。在廣州番禺的百萬葵園里，小葵看見了大片大片的花海。小葵卻很失落，她低著頭，劉海遮住了她眼角的憂傷。

后來，小葵得知，最大的葵花田在新疆的烏魯木齊。那個夜晚，向小葵在博客里寫道：“任向南，我曾經以為我會在一片葵花田里遇到你。”

向小葵還做了個夢，夢里的她和任向南重逢在烏魯木齊大片的葵花田里……