身患怪病的男人只能在夜晚存活，而他爱上了一个只能在白天存在的女孩，两人每天只有黄昏的二十七分钟可以相见。
画家卢卡斯患有一种极其罕见的“昼夜节律分裂症”，他的身体细胞会在日出时开始坏死，日落时重生，因此他只能在夜晚活动。他在一次夜间写生时遇到了女孩索菲，索菲患有相反的症状——她对紫外线极端过敏，只能在白天出门，夜晚必须待在完全无光的密室。两人被对方画作中的光影深深吸引，约定每天黄昏时分在塞纳河畔的一座桥中央见面，因为那时候天还没全黑、太阳也刚落下，双方都能短暂承受。他们用这宝贵的二十七分钟聊天、接吻、交换画作。卢卡斯想为索菲画一幅“白天的她”，但他永远见不到白天的索菲；索菲想和卢卡斯看一次日出，但日出会杀死卢卡斯。医生告诉他们，分别移植对方的骨髓可以治愈彼此，但成功率只有百分之三十，且一人死亡另一人也会因为匹配中断而加速恶化。他们做出了决定：同时手术，要么一起活下去，要么一起死在手术台上。
极高概念的爱情悲剧，将“时间”与“存在”的哲学命题用极致的浪漫设定呈现。二十七分钟的黄昏戏份拍得美到窒息，而两人从未同时见过对方“完整的样子”这一设定带来的遗憾感贯穿全片。结局的处理方式让人久久无法平静。
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