为人正直、医术高超的精神科医生高立仁(方中信 饰),治疗患者很有一套自己的方法。他除了传统的诊断外,还会根据病人的心理,分析其病源。在专业内处理的得心应手的立仁,在感情方面则很笨拙。少年时期的不经事,立仁和其女友未婚先孕,孩子生下来后不久,立仁就和妻子离了婚。之后,立仁就一心扑在了工作上。还好周围有医生志森(蒋志光 饰)和护士应春(黄浩然 饰),这二位好友和知己陪伴,立仁的日子倒也不算寂寞。直到某次处理事情,和重案组的探员莫敏儿(徐子珊 饰)邂逅,让立仁再次感受到了恋爱的召唤,一来一往中,立仁和敏儿互生情愫。
但敏儿却很困扰,她患有家族遗传病,在乐观的外表时,潜伏着厌世的消极心态。于是敏儿不得不回避自己的真实感受,拒绝了立仁……。这是一场发生在世界末日即将来临时的末世之恋。流行病学家苏珊(伊娃·格林 Eva Green)与餐厅主厨麦克(伊万·麦克格雷格 Ewan McGregor)相识、相恋,但无奈此时此刻的世界正在遭受一场新型流行病的侵袭。随着流行病的蔓延,患者会伴随着情绪失控逐渐丧失味觉、嗅觉 、听觉、直至最后丧失视觉。虽然苏珊和麦克都尽量努力避免患病,但当作为厨师的麦克不再能尝出食物的味道,作为科学家的苏珊也渐渐丧失感觉,这对末世情人便已知晓无人能够逃脱这场灭顶之灾。两人于是选择珍惜仅有的彼此,最后在逐渐模糊的视线中拥抱住对方。。《里约,我爱你》是制片人埃曼纽继《巴黎,我爱你》《纽约,我爱你》之后“爱之城”系列的第三部作品,邀请全球的电影大师为世界著名城市谱写关于爱的小故事,是“爱之城”系列电影最大的特色。。