La segunda temporada de 'Merlí' se emitió entre el 19 de septiembre y el 12 de diciembre de 2016, con un total de 13 capítulos. En el segundo curso de Bachillerato del Instituto Àngel Guimerà, Merlí se ha convertido en un profesor estrella después de un primer año en el que se ganó a sus alumnos con sus originales métodos de enseñanza y su pasión por la Filosofía. Merlí vuelve a las aulas después de que sus estudiantes luchasen por su permanencia contra el director, Toni (Pau Durà), que quería expulsarlo del centro.
En este segundo año, los alumnos han madurado un poco, en parte gracias a las lecciones de vida que Merlí les enseñó en el curso anterior. Pero aun así, siguen siendo adolescentes, con todo lo que ello conlleva: inseguridades, experimentación, confusión y muchas ganas de fiesta. La llegada de una nueva alumna de origen ucraniano, Oksana (Laia Manzanares), crea nuevas relaciones y tensiones dentro del grupo por su personalidad extrovertida y su mayor experiencia en terreno sexual.
Mientras los alumnos reciben a Merlí con los brazos abiertos, en la sala de profesores la bienvenida es mucho menos cálida. La segunda temporada marca la incorporación de Coralina (Pepa López), estricta y autoritaria catedrática de sesenta años que llega al Àngel Guimerà dispuesta a imponer sus reglas y su criterio conservador, muy alejado de los métodos de Merlí. Ambos chocan fuertemente y Coralina se convierte rápidamente en la villana del instituto, con la mayoría de estudiantes en su contra y el claustro de profesores en estado de tensión continua.
Además de Coralina, también se incorporan al claustro Millán (Ferran Rañé), nuevo profesor de Lengua Castellana, y Elisenda (Sandra Monclús), profesora de Inglés. En las clases, Merlí encontrará nuevas y originales maneras de impartir sus lecciones, llevándose a los alumnos fuera de las aulas para que apliquen las teorías de Descartes, Hobbes o Hiparquía de Maronea al mundo real.
Por otro lado, Pol tiene problemas en casa con su padre y su hermano y tarda en volver a clase al comienzo del curso; Marc ayuda a su hermano pequeño con los estudios y sus problemas de comportamiento; Joan pide consejo romántico a Merlí; Gerard y Oksana inician una apasionada relación; y la llegada de una profesora transgénero a la que Coralina se opone desata una protesta entre los estudiantes. A su vez, la relación entre Pol y Bruno se sigue desarrollando de forma complicada e intermitente, pero cuando parece que está claro lo que sienten el uno por el otro, todo se complica cuando Bruno decide marcharse de la ciudad, dejando a Pol devastado.