Впервые бортпроводница Наташа (Татьяна Доронина) увидела физика Евдокимова (Александр Лазарев) в Политехническом музее, куда она пришла с давним другом Феликсом (Александр Ширвиндт). Тогда ей очень понравился уверенный в себе молодой докладчик. В дальнейшем отношения с Феликсом не сложились. Однажды в кафе, перед очередным вылетом, она вновь встречает Евдокимова. Они знакомятся. Интеллектуал, избалованный вниманием, самоуверенный и высокомерный Евдокимов удивлён и поражён, но и очарован случайной знакомой. «Вы — лучшая девушка в СССР!», — пытается оригинальничать он, понимая, что нравится Наташе.
После второго свидания, выйдя из кафе ночью, они пытаются поймать такси, так как Наташе утром надо на самолёт. Евдокимов предлагает девушке зайти к нему, вызвать такси по телефону. Наташа остаётся у Евдокимова до утра. В эту ночь она признаётся ему в любви. Евдокимов слушает её холодно и отстранённо, не понимая, что за словами Наташи стоят её открытость и воспоминания о нём. Утром Евдокимов дежурно договаривается о встрече. Лишь после её ухода он замечает записку. «Встречаться не будем», — пишет Наташа, однако в этот день они оба приходят в условленное время к стадиону «Динамо». Так начинается их роман. Их отношения складываются непросто: они слишком разные, слишком далеки от совпадения их интересы.
Но любовь Наташи к Евдокимову оказывается сильней предубеждений. Они учатся понимать друг друга, то ссорясь, то испытывая нежность друг к другу. Евдокимов же неожиданно для себя самого тоже влюбляется в Наташу. Эксперимент учёного близится к завершающей и самой опасной точке.
Он уезжает в командировку. Она отправляется в обычный рейс. Его мечта сбывается: сделано важное открытие. Для полного счастья Евдокимову нужно только поделиться случившимся с Наташей. Ожидая её из рейса, он впервые приходит на свидание с цветами…