邬遇与谭皎在一次轮船旅行中相遇，二人一见钟情。旅行过后二人都有不同程度的记忆里缺失，邬遇失去了旅行结束后几天的记忆，谭皎失去了近一年半的记忆。邬遇是位全面发展的学霸，前程似锦，可旅行后他的人生却发生了天翻地覆的变化，他仅有的亲人妈妈与妹妹被杀。他为了查出真凶放弃前途成为了汽车修理工。谭皎来修车时与他重逢，之后二人每隔半个月就穿越一次。
你相信平行时空吗？相信在另一个世界里有另一个你承受着你从未承受过的磨难吗？或者是纵情享受你从未有过的快乐，如果宇宙里真有无数个自己，那么究竟什么事情是永恒不变的呢？乌云遇皎月就是网络小说家谭皎的新作，接下来也开始了她的采风季节，报名潜水就是她的第一站。
邬遇一边运动一边想起了再游轮遇见谭皎的事情，当时两人约好了晚上一起吃饭，当谭皎赶过去的时候，恰好看到邬遇和一个女孩子争论一本书的内容，两人状似亲密关系不一般，但邬遇却不喜欢女孩手中七珠作者写的书，批评的简直是一文不值，气得谭皎转身离开。
谭皎觉得昨天引诱自己过去的那张纸条，应该和操控鸟的人有关，此时，沈时雁受母亲命令来给谭皎母亲送一些蘑菇，谭皎故意留下沈时雁，表面上是要提供一些线索，实际上是侧面打听一下警方掌握的线索，确定失踪人群里面都是男孩没有女孩。邬遇还故意握着谭皎的手，这让沈时雁浑身不自在，打算离开的时候谭母回来了。谭母虽然觉得沈时雁不错，可见到新来的邬遇也没多说什么。
次日，小皓父亲来将他接走，谭皎将自己喜欢的糖给了小皓，小皓路过修车铺特意分享给了邬遇。拿着糖，邬遇想到了谭皎，嘴角也不自觉上扬，次日，沈时雁来询问他谭皎和邬遇昨天救人的事情，两人又是如何发现那个据点的，邬遇如实说出是根据一只鸟找过去的，本以为沈时雁不会相信，没想到沈时雁早就注意到了那个鸟，每次案发现场都有鸟儿的出现，经过这次了解，沈时雁也对谭皎和邬遇非常感激。
谭皎有些惊讶，也有些不知所措，邬遇只好告诉谭皎她被鸟盯上了，担心她有危险必须住在这里。谭皎这才想起自己的房间里乱七八糟从昂你关上房门去赖好收拾一下，将一些东西随便塞了一个地方，而邬遇也看到了谭皎受伤的手臂，主动帮着她上药，并且将谭皎家里所有的门窗都封死了。
谭皎和邬遇找到朱季蕊和言远，想要了解在船上的情况，朱季蕊记得自己就是在船上认识的言远并且最终牵手成功，可当仔细回忆船上发生了什么的时候，脑子忽然是一片空白，什么都想不起来了。
邬遇的离开让谭皎心中悲痛，眼泪不自觉滑下来，但却不停给自己加油，她是最棒的，既然邬遇要离开，她也不应该悲痛，可眼泪还是不争气一直掉下来，想起和邬遇相遇的种种，谭皎意识到世界上最痛苦的事情就是他是乌云而她是皎月，云散月不知。
邬遇和谭皎一起在飞艇上面寻找船上朱季蕊的踪迹，终于看到了朱季蕊正在和一个男人一起喝酒，男人趁着朱季蕊不在时候，在她的酒杯中下药，被邬妙和言远同时看见，言远眼看着朱季蕊回来，着急就要过去救朱季蕊，但他还没有走过去，邬妙就过去谎称自己是朱季蕊的同学要将其带走，朱季蕊却表示自己对邬妙没有印象，邬妙强行将朱季蕊拉到一边，小声告诉她有人下药的事情。朱季蕊意识到危险在身边，改口谎称和邬妙是同学，俩人正打算离开，没想到被那个男人拦住去路，逼着邬妙喝酒。此时，朱宇童飞奔而来帮着邬妙，言远也想要去帮忙，但被谭皎给故意撞了一下耽误了，还将酒水故意撒在了言远的身上，带着言远去清理污渍，男人对瘦小的朱宇童根本不放在眼里，庆幸邬遇出面赶走了下药的男人。
谭皎为此心中难过，每天精神不振，期待着有一天还能遇见邬遇，终于功夫不负有心人，在海边谭皎再次在人群中见到了邬遇，但陪着邬遇出现在这里的还有陈如瑛，趁着陈如瑛不在的时候，两人相认，也都保留着之前的记忆。邬遇伸出手握住了谭皎的手，邬遇将回来之后发生的事情告诉谭皎，他回来之后就发现事情发生了变化，随后去找警察局了解了一下邬妙的情况，她只是失踪了，而陈老师夫妇和司机在去饭店的路上发生了意外死了，陈如瑛因为没有去幸免于难。
陈如瑛自从看见谭皎和邬遇接吻就一直哭，认为自己被世界所抛弃了，谭皎只好安慰陈如瑛，解释只是做实验，想要看看是否发生磁场变化穿越回去，但这番话却在陈如瑛看来就是哄小孩，也非要提出和邬遇做实验，邬遇和谭皎同时反对，谭皎告诉陈如瑛这个实验只能和她做。陈如瑛根本无法理解，气得哇哇大哭，谭皎实在哄不好陈如瑛只好先出去了，将陈如瑛交给了邬遇，陈如瑛看见谭皎出去了，就噘着嘴要和邬遇也做实验，邬遇慌忙拒绝。
邬遇和谭皎竟然再次回到了船上两人合奏钢琴曲的时候，两人分析了一下每次相遇和回去的时间点，发现每次离开这里可能是一瞬间，而在另一个时空已经是半个月了，两人也相互记下了彼此的电话号码，希望不管哪个时空都能联系上。同时两人也发誓要阻止悲剧的发生。
小船被卷入了巨大漩涡之中，每个人都落在了海水中，当谭皎再次醒来，发现自己已经回到了房间里，她再次穿越了。走出房门之后，外面却下起大雪，谭皎给邬遇拨打电话，却一直都是通话中，对面小华的修车行也没有开门呢，母亲打电话过来，叫谭皎去吃饭。
苏皖给陈如瑛送来牛奶，劝说陈如瑛喝下去，陈如瑛却掀翻在了苏皖的身上，并且挑明了苏皖就是母亲的哈巴狗，想要入赘进来也只是为了要财产，为了钱可以不择手段。没想到苏皖竟然承认了，自己不介意陈如瑛喜欢邬遇，他要的也只是钱，并且警告陈如瑛不要太嚣张，她母亲现在也根本不相信她这个女儿，随后嚣张离开。
邬遇如实说出邬妙也是受害人，只是暂时下落不明，京海杀人案最重要的线索就是氰化钾作案，而这些应该和苏皖有关，但对此沈时雁却并不认同，毕竟办案讲证据而并非猜测。
谭皎和陈如瑛被再次绑起来，陈如瑛也没想到自己的恶作剧竟然将自己也困在其中。在陈如瑛手机里有一张邬妙被绑架的照片，陈如瑛也老实告诉谭皎，是有人发给她和邬遇的，要求两人成亲，这样才能保住邬妙的命，不得已两人这才成亲。
晚上大家都聚集在一起，将所有物资都集中使用，希望能等到救援人员来到。陈如瑛母女和谭皎、朱季蕊共同住在一个帐篷里，谭皎看着陈如瑛就来气，话语中也难免夹枪带棒，这倒是让陈如瑛有些不明所以。
谭皎看着他手中握着的匕首心中充满了恐惧，突然就在这个时候再次穿越了，穿越的过程中看到了那个黑衣人被抓的样子，看到他承认了一切的罪行，但却嚣张表示别人就是拿他没办法。
壮鱼去地下室放医药箱的时候竟然被保安抓住送来警察局，壮鱼也因此见到了便衣穿着的沈时雁，还以为沈时雁也是这里犯了错的人，看着沈时雁手中拿着她的著作，心里也有了写信任，还特意告诉沈时雁，她是帮助拯救时间旅行者，半年之后在这里发生一起绑架案，她是拯救两人生命的，沈时雁却似笑非笑，直到警察过来，壮鱼才知道沈时雁的真实身份，不由得暗中叫苦，幸亏沈时雁并未为难壮鱼，壮鱼去那里也没有犯下什么大错，警告一下就离开了。
邬遇将杀害陈柠檬、刘小江和叶寻依的凶手告诉了沈时雁，明天会在他再次作案的时候，希望能得到沈时雁的帮助，沈时雁希望能听听邬遇的分析。邬遇也将详细的经历告诉了沈时雁，但沈时雁也认为自己是一个警察，有些事情不太相信，做事也需要证据，尤其是认定一个人是凶手的时候更应该如此。邬遇只好将他和谭皎来自未来的事情告诉了沈时雁，沈时雁却并未相信，电视上正在播放一场球赛，恰好沈时雁看过，立刻告诉沈时雁是谁取得了胜利，但依然让沈时雁有些难以置信，邬遇将自己妹妹即将遇害的事情也告诉了沈时雁。
邬遇故意凑近谭皎询问她是怎么知道的，谭皎紧张说出昨天晚上，本以为邬遇会再次亲吻她，谭皎紧张到心跳加快，邬遇露出一丝笑意，道一声晚安退出去。
邬遇照顾了谭皎睡下，接到了沈时雁的电话，他赶去找沈时雁却看到沈时雁背上的背影，他一边喝着酒，一边眼睛里含着眼泪，也表示自己一定会帮邬遇抓到那个人，但也希望他们去时空旅行的时候，能见到没有出事之前的壮鱼，将她活着带回来。
陈星见叫嚣着要和所有人同归于尽，赵队长一枪打中了陈星见的手腕，氰化钾掉落地上，警察一拥而上抓捕了陈星见，许静苗要被送往医院的时候，她将谭皎叫过来，告诉谭皎其实陈星见还有另一个同伙，许静苗也总是时而昏迷时而清醒中，她听到那个人告诉陈星见，他的任务已经完成了，剩下的谭皎他一个人解决。谭皎还想继续追问的时候，突然之间再次穿越了。
陈星见坚信自己是不会杀人，他只是比较热爱音乐，甚至提出可以将自己困在小岛上不出去，等待那些危险的杀人日期过了他再回去，或者是自己可以酒驾到警察局门口被拘留，限制人身自由之后也就不会出现那些命案了。
丁队长认为谭皎所说的一切都是谎言，明知道是谎言他就不会让警员去蹲守，去冒险，但沈时雁却认为应该尝试看看，也是一种负责，丁队长同意了。 沈时雁和邬遇一起去蹲守的时候，壮鱼请了谭皎吃饭，知道谭皎之前和沈时雁曾经相亲过，壮鱼不希望因此影响两人感情，特意说出了自己喜欢沈时雁的事情，谭皎也很欣慰，因为注定她会爱上沈时雁，她只希望壮鱼能好好和沈时雁谈恋爱，不要再想任何事情，她也举双手同意两人在一起，壮鱼这才放心。
谭皎以为此生再也无法见到邬遇了，眼泪不自觉流下来，向邬遇道别。正当注射器即将刺入谭皎身体的时候沈时雁和邬遇赶来，沈时雁和蒙面人打斗的时候，壮鱼拿着棍子从后面打晕了蒙面人，斥责他竟然敢动她的人，沈时雁看着壮鱼英姿飒爽的样子嘴角上扬。
谭皎和壮鱼在一起说起邬遇的事情，却忽然看到一个小孩拿着写有谭皎名字的气球，约了谭皎老地方见面，谭皎赶去见邬遇，邬遇让谭皎看向天空，那里像是很多的星星挂在天空中，其实都是一个个的许愿灯，邬遇让谭皎在氢气球上写上自己的心愿，谭皎在上面写满了心愿，有邬遇的也有壮鱼的，邬遇也在上面写下心愿，他不只是要让谭皎做他的皎月，而是希望谭皎能像太阳一样永远陪伴着他，在气球上邬遇写下了求婚的话，希望谭皎能允许让他永远守护着她。谭皎微笑表示自己可以考虑，两人一起放飞了手中的灯，灯也迅速飘香天空的灯海，和那些星星逐渐融为一体。
谭皎着急想要去找邬遇，认为邬遇为了保护她才会给他服下了安眠药，凶手也一定会想到这一点，邬遇现在一定有危险，可谭皎并不知道究竟邬遇去了哪里，幸亏看到了之前周维乱画的图案，那是凶手的记忆，通过这些记忆，她看到了那个图案就是一个动漫背景的图案。随后，邬遇去找了当时拍照的陈柠檬，谭皎从陈柠檬这里得知，当时动漫计划活动时候，是她为小洁拍照，当时台上的那些动漫人物除了小洁还有许静苗，可大家都在拍摄小洁，且没有拍摄许静苗，许静苗心里有气跑去责怪陈柠檬，结果发现陈柠檬的相机里无意中拍摄了小洁走光的照片，许静苗向她要了那些照片发布到网上。之后小洁来找她，希望能删除那些照片，她也照做了，可后来许静苗没有删除帖子，也导致了小洁的自杀，为此陈柠檬一直很自责。
当邬遇和谭皎回去的时候，得知周维偷走了所有的食物，还拿着匕首出现在陈如瑛面前，陈如瑛吓得浑身哆嗦，大家重新回去了山洞里，也看到了时空发生的波动，有些人会突然因为这个波动而消失，如果有人落单，可能就会被凶手杀了。此时时空的波动已经送走了不少人，只剩下谭皎和邬遇，两人手拉手突然看到了周维，两人迅速去追赶周维，告诉周维他被控制了，周维催促谭皎和邬遇赶紧走。
朱宇童告诉他们邬妙和他在未来的时空里会过得很好，大家纷纷指责朱宇童，认为他对邬妙不是真爱，是一种变态的爱，同时也认为朱宇童是逼死小洁的最后一根稻草，当别人都在攻击小洁的时候，他也丝毫没有放过小洁。周维也曾经被控制的时候，看到过朱宇童的一段经历，他曾经也指责过小洁，认为网友说的没错，她就是肮脏的。
大家一个个都从传送门出去，周维不舍拥抱了邬遇之后离开，最后剩下只有谭皎和邬遇了，邬遇希望以后的每一个瞬间谭皎都能幸福，邬遇正准备送走谭皎的时候，谭皎却突然将邬遇推了过去，因为这次穿越的时候，她看到了自己被邬遇推出去，她每次卷入事件当中，都是邬遇将她带出来，一次次救了她，她也希望能改变邬遇的命运，最后和邬遇说着再见，邬遇早已是泪流满面。
