出租车司机李米（周迅 饰）嘴里一直叨叨着神秘的数字，坐她车的乘客都得回答她一个问题：见过这个男人吗？李米的男友方文已经失踪四年，然而在这四年里又一直不停地给她写信告知近况，找不到恋人的李米把他的照片贴在杂志里让人辨认，每天生活在极大的折磨下。
这天她载了一对从云南来昆明等待交易的毒贩子裘水天（王宝强 饰）和裘火贵，这对毒贩在交易时发现“接头人”莫名其妙坠桥而亡，慌张失措时又遇见回头找钱给他们的李米，仓皇上车的裘火贵企图从李米这里抢回损失的金钱回老家。李米利用时机报警，但随后裘水天拜托李米寻找自己的初恋小香而放走了她。
这边坠桥的“接头人”撞上了马冰（邓超 饰）和菲菲（王柠 饰）的车头身亡，马冰和菲菲不由自主地牵扯到这宗命案里。正好被逮捕裘家兄弟的警察叶倾城（张涵予 饰）和李米发现了方文的踪迹——马冰和方文长得一模一样！只是马冰对于李米的相认十分淡漠，李米等了四年的，竟是这样一个结局吗？叶倾城亦开始怀疑马冰的真实身份。
李米的猜想，又名《李米的遭遇》，讲述了一个名叫李米的女的士司机和男友之间一段曲折离奇的爱情故事。
某一天，李米的男友突然失踪，李米失去了关于他的一切消息。
之后李米开始收到一封封男友的来信，但是她每次找到寄信地址却发现自己永远都晚了一步。
而在寻找的过程中，李米也发现，曾经深爱的男友其实是一个毒贩。
影片通过一些小人物的状态反映了现代人生活上的压力和精神上的迷失。
爱一个人你会等多久？ 李米等了四年！ 四年来，李米一直都在寻找自己的未婚夫方文。
四年前，论及婚嫁的两人因李米父母的反对而分手，方文负气离开。
四年来，李米总能收到方文写给她的信，然而却从来没有寄信地址。
方文从她的生活中消失了，却似乎又以一种特殊的方式存在着。
这个城市到处都漂浮着他们之间的回忆，李米每天都在路途中不停的寻找，在希望与失望的两极之间挣扎。
她把方文的照片夹在杂志里，给每一个乘客看，期望能够等到一点点线索。
只是，当她真的遇到那个朝思暮想的男人时，他还记得她么？ “小贼”裘水天从云南农村来到昆明，他和同村的裘火贵搭伴来到这座城市，希望能够捞一笔钱衣锦还乡。
对裘水天来说，这一切的动力都来源于小香，那个和他从小一起长大，他希望与之共度一生的女孩。
小香几年前来到昆明打工，此后便杳无音讯。
在裘水天心目中，这个与众不同的女孩对自己也是情深意重。
只是，他没有想到这仅仅是一场暗恋，而当他终于来到这座城市时，一切能够如他所愿么？ 艾菲菲曾经是个瘾君子，在情人和生意拍档马冰的支持下，她正努力戒掉毒瘾，试图忘掉灰暗可怕的过去，充满希望的憧憬着明天。
她耐心的等待着，等待有一天马冰可以向她敞开心扉，带给她所梦想的未来。
只是，当她以为自己正逐渐摆脱过去时，她所期待的未来会来临么？ 一件离奇的命案发生后，这些陌生人的命运陡然联系到了一起。
艾菲菲和马冰亲眼目睹了命案的发生，裘水天和裘火贵搭上了李米的出租车，警察叶倾城奉命调查此案的同时，竟与李米一起发现了方文的踪迹……他们都被牵扯进一桩贩毒大案，经过曲折离奇的调查过程，破解他们之间千丝万缕的联系，正当所有人都以为故事的谜底终于被揭晓时，另一个更大的悬疑正蔓延开来……