Vaathi membuka cerita lewat sosok Balamurugan Bala yang diperankan Dhanush, seorang dosen muda idealis, bersama Meenakshi yang diperankan Samyuktha Menon sebagai guru biologi, Srinivas yang diperankan Samuthirakani sebagai ketua asosiasi kampus swasta, serta Kumar yang diperankan Sai Kumar sebagai pejabat distrik. Film ini juga menampilkan Abhiram dan teman temannya sebagai penggerak alur di masa kini, yang tanpa sengaja membuka kembali kisah perjuangan pendidikan dari masa lalu.

Vaathi mengawali kisahnya di masa sekarang, ketika Abhiram dan kawan kawan sedang mempersiapkan ujian masuk teknik di sebuah lembaga pendidikan milik Srinivas. Mereka menemukan sebuah kotak tua berisi kaset rekaman pelajaran matematika lengkap dengan tanda terima atas nama Kumar dari Sozhavaram yang bertanggal tahun 2000. Rasa penasaran membawa mereka menelusuri asal usul kaset tersebut hingga bertemu Kumar, kini menjabat sebagai magistrat distrik Kadapa. Dari sinilah terungkap bahwa sosok pengajar dalam rekaman itu adalah Bala, seorang dosen yang kisahnya mengubah banyak kehidupan.

Cerita kemudian mundur ke tahun 1993, saat lembaga pendidikan swasta tumbuh pesat dan institusi pemerintah mulai kehilangan perhatian. Lima tahun berselang, banyak perguruan negeri terancam tutup akibat kekurangan dosen, membuat siswa dari keluarga kurang mampu semakin tersisih. Melihat situasi ini, Srinivas menyusun rencana licik dengan mengadopsi kampus pemerintah dan mengirim dosen muda ke sana, sembari menekan pemerintah agar tidak mengatur biaya pendidikan swasta. Bala menjadi salah satu dosen yang dikirim ke sebuah junior college pemerintah di Sozhavaram untuk mengajar matematika.

Setibanya di Sozhavaram, Bala mendapati kampus dengan tingkat kehadiran rendah dan ancaman penutupan di depan mata. Ia tidak tinggal diam. Bala mengumpulkan warga desa dan anak anak mereka, lalu menjelaskan pentingnya pendidikan sebagai jalan keluar dari kemiskinan struktural. Perlahan, kepercayaan masyarakat tumbuh dan para siswa kembali ke bangku kelas. Bala bahkan mengadakan kelas tambahan dan mengajak Muthu, mantan murid, untuk ikut membantu proses belajar.

Di tengah perjuangan itu, Vaathi juga menyelipkan kisah cinta sederhana antara Bala dan Meenakshi, rekan sesama guru. Bala turut menyoroti perbedaan kasta di antara para siswa dan merancang pendekatan agar semua anak merasa setara di ruang kelas. Hasilnya terlihat saat ujian akhir digelar dan seluruh siswa lulus dengan predikat kelas satu, sebuah pencapaian yang mengguncang sistem.