Paper Towns speelt zich af in Orlando, Florida. Quentin – in het verhaal Q – heeft een bijzondere band met zijn buurmeisje Margo Spiegelman. Ooit – toen ze negen waren – ontdekten ze samen het lijk van een dode man in het nabije park.

Als adolescenten gaan ze intussen elk hun eigen weg. Quentin is eerder stil en teruggetrokken. Hij neemt zijn studies en het eindexamen ernstig. Meisjes spelen niet echt een rol in zijn leven hij trekt vooral op met zijn vrienden. Margo vindt hij nog steeds een supermeid, maar ze is zo populair bij de jongens dat hij vreest dat hij bij haar geen enkele kans maakt. Hij is dan ook erg verrast als ze op een avond plots voor zijn raam staat.

Margo neemt hem mee op een heel bizarre tocht door de nacht, waarin ze afrekent met al wie haar de laatste tijd dwarszat zoals haar vriend die haar bedroog. Omdat ze hem in vertrouwen neemt, gelooft en hoopt Quentin dat hij iets voor Margo betekent.

Als ze de volgende dag echter van de aardbodem verdwenen lijkt, valt zijn droom in duigen en weet hij niet wat te doen. Langzaam ontdekt hij echter signalen van Margo die hem op een subtiele wijze op weg zetten. Met de hulp van zijn vrienden Ben en Radar en Margo’s vriendin Lacey probeert hij de puzzelstukjes in elkaar te passen. Maar het eindexamen staat voor de deur en pas als dat achter de rug is, ligt de weg open om Margo echt op te sporen. Dat wordt een waanzinnige tocht van meer dan zeventienhonderdzeventig kilometer. Maar het loont. Op de papieren plek Agloe vinden ze Margo.

Maar wie is Margo? is ze wel het meisje dat Quentin meende te kennen. En welke spiegel houdt zij hem voor?