KADHALIKKA NERAMILLAI membuka kisah romansa modern dengan jajaran pemain Jayam Ravi, Nithya Menen, Vinay Rai, Yogi Babu, T. J. Bhanu, John Kokken, Lal, Lakshmy Ramakrishnan, Mano, Vinodhini Vaidyanathan, dan Rohaan Singh.

Film ini dimulai pada 2017 dengan sosok Shriya, seorang arsitek asal Chennai yang berani menentang keinginan orang tuanya yang konservatif dengan menikah secara sederhana dengan kekasihnya, Karan.

Sayangnya, kebahagiaan itu tak bertahan lama setelah Shriya mengetahui perselingkuhan Karan dan memilih mengakhiri hubungan mereka.

Keinginan Shriya untuk tetap menjadi ibu membawanya pada keputusan menjalani program bayi tabung dengan dukungan sepupunya, Ashwini. Langkah ini justru memicu konflik besar dengan ibunya yang kemudian memutuskan hubungan dengannya.

Di sisi lain, di Bengaluru, Siddharth atau Sid, seorang insinyur struktur, menjalani hubungan dengan model bernama Nirupama. Karena tekanan pekerjaan, Sid dan teman temannya memutuskan menyimpan sperma, dan Sid menggunakan nama samaran P. James demi menjaga anonimitas.

Takdir mulai bermain saat terjadi kesalahan di rumah sakit, membuat sperma Sid digunakan untuk program bayi tabung Shriya tanpa sepengetahuan keduanya. Hubungan Sid dan Nirupama merenggang karena perbedaan pandangan soal anak, sementara Shriya penasaran dengan identitas donor.

Pencarian membawanya ke Bengaluru, tempat ia bertemu Sid tanpa menyadari keterkaitan mereka. Keduanya saling tertarik, namun Shriya memilih kembali ke Chennai dan kemudian melahirkan seorang anak laki laki bernama Parthiv.

Delapan tahun berlalu, Sid dan Shriya kembali dipertemukan di Chennai sebagai rival proyek. Sid mulai dekat dengan Parthiv, membantu menyelamatkannya dan menjalin ikatan kuat lewat sepak bola.

Seiring waktu, perasaan lama tumbuh, konflik hadir, dan kesalahpahaman memuncak. Pada akhirnya, kejujuran, pengorbanan, dan cinta membawa mereka pada pemahaman baru tentang keluarga dan pilihan hidup.