수학교사 지윤수는 결혼을 앞두고 강남의 명문 사립 아성고등학교에 부임하게 된다. 아성고의 실세 교무부장 노정아는 입시교육의 꽃, 수학을 이용해 온갖 특혜와 편법을 계획하는데... 한편, 윤수는 스치듯 만난 백승유와 아성고에서 뜻밖의 재회를 하게 된다.
수학 동아리 칼쿨루스의 문제를 맞춘 사람이 승유라는 사실을 알게 된 윤수. 그러나 승유는 수학을 좋아하지 않는다며 윤수를 경계한다. 윤수는 그런 승유에게 문제 하나를 내고 이를 계기로 두 사람은 수학의 세계에 빠져든다. 한편, 수학자 올림픽 중고등부 대회에 나갈 아성고 대표를 뽑는 경시대회가 열린다.
윤수가 낸 문제의 답을 찾았다며 달려온 승유, 수학경시대회에 참가하게 된다. 승유가 과거 수학천재였던 사실을 알고 있는 예린은 불안을 느끼는데. 한편, 노정아는 수학 동아리 칼쿨루스를 아성고에 어울리지 않는 방식으로 운영하는 윤수의 모습을 탐탁지 않게 지켜본다.
본격적으로 수학자 올림픽 준비에 돌입하는 승유와 예린. 노정아와 민준은 예린을 우승자로 만들기 위해 수단과 방법을 가리지 않고, 윤수는 대회를 둘러싼 특혜비리를 알게 되는데... 심란해 하던 윤수는 승유의 대회 준비를 돕기 위해 함께 제주도로 향하고, 같은 날 예린 역시 대회를 위한 인턴활동을 하러 제주도에 도착한다. 마침내 대회 날, 우승자는 누가 될 것인가.
수학자 올림픽이 끝난 후, 승유는 그동안 아무에게도 말하지 못했던 과거의 트라우마를 윤수에게 털어놓는다. 승유가 품고 있던 아픔을 진심으로 위로하며 공감해주는 윤수. 그러나 그 모습을 목격한 성재는 묘한 기분에 휩싸인다. 한편, 예린의 대회 특혜 의혹이 불거지는데...
승유의 고백에 복잡한 감정을 느끼는 윤수. 성재와의 결혼 준비에서도 삐걱댄다. 윤수에 대한 승유의 마음을 눈치챈 규영은 이를 빌미로 승유를 압박해 오는데... 한편, 중간고사를 앞두고 불안해하는 예린을 위해 특단의 조치를 하는 혜미. 윤수는 예린의 수학 답안지에서 수상한 점을 발견한다.
4년의 시간이 흘러 저명한 수학자가 된 승유. 2017년 이후 자취를 감춘 윤수를 애타게 찾는다. 한편 수학예술영재학교의 교장이 된 노정아는 승유에게 특별한 제안을 하는데... 승유는 최시안이란 학생을 통해 윤수의 흔적을 발견하고 집요하게 쫓는다.
마침내 윤수와 재회한 승유는 곁을 맴돌며 가까워지려 노력한다. 노정아는 유능한 학원강사가 된 윤수의 정체를 모른 채 자신의 딸 지나의 지도를 부탁한다. 한편, 승유와 함께 있는 윤수 앞에 성재가 나타나는데...
승유는 윤수 예전에 자신에게 해줬듯 마음을 두드리며 세상 밖으로 나오게 하려고 노력한다. 윤수는 정체를 숨긴 채 노정아의 비리 자료를 모으는 일에 몰두하는데... 노정아에게 정체를 들킬 뻔한 위기를 맞은 윤수의 앞에 승유가 나타난다.
윤수는 처음으로 그간의 괴로움과 상처를 승유에게 털어놓는다. 두 사람 스캔들의 배후에 누가 있는지 확인한 승유는, 함께 힘을 합쳐 맞서자고 윤수에게 제안하는데... 한편, 놀라운 사실을 목격한 예린은 노정아를 찾아간다.
승유 덕분에 조금씩 웃음을 찾는 윤수, 두 사람은 특별하고 즐거운 한때를 보낸다. 한편 윤수가 자신을 겨냥해 오고 있었음을 알고 분노한 노정아는, 윤수가 각별히 여기는 학생 시안을 건드린다. 그것이 자신을 향한 도발임을 알아챈 윤수는 드디어 노정아와의 대면을 결심하는데...
자신이 과거 아성고의 사제 스캔들의 주인공이며, 그것이 모함이었다는 폭탄발언을 날린 승유. 더는 승유가 위험해지길 원치 않는 윤수는 노정아에 대한 폭로를 준비하는데.. 한편, 예린은 윤수만 바라보는 승유에게 자신의 감정을 터뜨린다.
윤수와 자신의 ‘전제오류’를 절실히 느낀 승유. 윤수의 결백을 증명하는 일에 자신의 사랑이 장애물이 될 수 있는 현실에 좌절한다. 그런 승유를 위해 윤수는 따뜻하고 소중한 둘만의 힐링 시간을 가지려고 한다. 세상 사람들의 편견과 관심을 피해 떠나는 두 사람. 한편, 노정아는 사방에서 위기를 맞는다.
드디어 과거 스캔들의 진실을 밝힐 수 있게 된 승유와 윤수. 궁지에 몰린 노정아가 희생양을 내세우려 하자, 예린은 불안과 절망으로 점점 무너지는데.. 한편, 이제 승유가 원했던 대로 웃을 수 있게 된 윤수는 승유를 지키기 위한 선택을 한다.
시안이를 위해 손을 잡고 서로에게 의지하고 위로하며 함께 움직이는 윤수와 승유. 결국 글로벌 인재반과 특별교재 등 아성영재학교의 학사비리로 인해 시안이가 피해를 입었다는 진실에 다가서게 된다. 노정아의 아성왕국을 무너뜨리기 위해, 윤수와 승유는 진실을 말해줄 사람들을 설득하기 시작한다.
마침내 윤수와 승유를 통해 세상에 드러나는 아성영재학교와 노정아의 비밀. 노정아의 최후는 어떤 모습이 될 것인가. 윤수와 승유는 서로에게 어떤 존재로 결말을 맺을 것인가. 수학을 사랑하는 두 사람의 수학보다 아름다운 마지막 이야기.
