电视剧《我在垦丁天气晴》讲述了三个从小在屏东长大的年轻人汉文（彭于晏 饰）、亮亮（李康宜 饰）和阿佐（李绍祥 饰）共同守护垦丁自然环境的故事。

剧中，汉文和亮亮迷上了网络纯爱作家“雨不停”（张钧甯 饰），并以“天气晴”为昵称与她在网络上频繁交流。现实中的“雨不停”晓纬，因情感受创，从台北来到垦丁。另一角色阿南（阮经天 饰）是“雨不停”小说的插画家，因与出版社合作不顺和经营工作室失败，也来到垦丁追讨债务。阿南在垦丁遇到了汉文和亮亮，三人成为好友，并决定合开冲浪店。

剧情还涉及晓纬和一同前来垦丁的外国友人论文阐述垦丁国家公园管理上的矛盾与紊乱之处，建议将垦丁从国家公园名单中除名，这一行为引起了一番波澜。亮亮从更宏观的角度帮助国家公园，提出了以BOT招标方式管理水上摩托车业者的提议，但遭到了当地业者的强烈反弹。在保护亮亮的激烈抗争中，阿佐被攻击重伤。晓纬回台北解决与出版社的合约问题，而与她分隔两地的汉文试图帮助晓纬解决合约问题。同时，阿南认识了楚大哥（钮承泽 饰），希望与他合作开创事业。然而，当楚大哥失踪时，他们对垦丁的梦想也面临了未知的挑战。