Trong một ngôi trường nổi tiếng, nơi mọi học sinh đều biết đến câu chuyện về một cô gái bí ẩn tên là Mai Linh. Mai Linh được mọi người gọi là "Nữ hoàng bướm" bởi vẻ đẹp dịu dàng tựa như cánh bướm mong manh, nhưng đồng thời lại mang trong mình bí mật khó hiểu. Cô không bao giờ nói chuyện với ai và luôn che giấu bản thân sau chiếc mặt nạ lạnh lùng.
Cuộc sống của Mai Linh bị đảo lộn khi cô gặp được chàng hoàng tử của trường là Anh Khoa - một chàng trai tài giỏi, nhà khoa học trẻ tuổi nhưng lúc nào cũng lạnh lùng và khó gần. Dường như, giữa hai con người có hai thế giới khác biệt này đã nảy sinh một sức hút khó tả. Anh Khoa quyết định sẽ là người mở ra lớp màn bí mật của Mai Linh, nhưng liệu khi biết được sự thật, anh có thể chấp nhận hay không?
Những bí mật, những quyết định và tình cảm xen lẫn nhau sẽ đưa hai con người này đến đâu? Ngày Hóa Bướm không chỉ là câu chuyện tình yêu ngọt ngào, mà còn là hành trình tìm kiếm bản thân và sự thật đau lòng đằng sau vẻ đẹp tinh khôi.