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Hazel es una joven de 16 años que enfrenta un cáncer de tiroides con metástasis en los pulmones. Para poder respirar, depende de una cánula nasal y un tanque de oxígeno.
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Hazel asiste a un grupo de apoyo para jóvenes con cáncer, aunque no se siente cómoda y está algo resignada. Sin embargo, sigue yendo porque su madre cree que necesita socializar más.
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En el grupo de apoyo, Hazel conoce a Augustus Waters, un joven que sobrevivió al cáncer de hueso pero perdió una pierna a causa de la enfermedad. Augustus es encantador, ingenioso y desde el primer momento muestra interés en Hazel.
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Pronto desarrollan una fuerte amistad basada en su sentido del humor y conversaciones profundas sobre la vida, la muerte y su pasión por la literatura. Augustus se interesa por el libro favorito de Hazel, Un dolor imperial, y queda cautivado por la historia.
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Augustus contacta al autor de Un dolor imperial, Peter Van Houten, con preguntas sobre el final del libro. Para sorpresa de ambos, Van Houten responde, dispuesto a recibirlos en Ámsterdam, lo que emociona a Hazel y la llena de esperanza de obtener respuestas.
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Augustus utiliza su "deseo" de la Fundación Genies para llevar a Hazel a Ámsterdam a conocer a Van Houten. Aunque al principio hay preocupaciones por la salud de Hazel, los médicos finalmente aprueban el viaje.
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Hazel antes del viaje recae enferma y casi es cancelado por su estado de salud pero finalmente se recupera y el viaje se mantiene haciendo que Hazel pueda conocer a su autor favorito
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luego de que Hazel se sintiera mejor viajan juntos a Ámsterdam y conocen al autor Peter van Houten pero se llevan una gran decepción