カフェ〈マダム・アントワーヌ〉を経営しながら、占い師として働くバツイチアラサー女子ヘリム。ある日、2階にカフェと同じ名前の心理相談センターが引っ越してくる。センター長は世界的に有名なイケメン心理学者スヒョン。だが、相談に訪れる患者をヘリムの占いに奪われてしまう。腹を立てたスヒョンは心理実験「タイプが違う3人の男性を1人の女性に接近させた場合、どのタイプを選ぶか」というプロジェクトのターゲットにヘリムを選び…。

スヒョンのセンターの顧問として働くことになったヘリムは、スヒョンの弟で元野球選手のスンチャンとセンターの助手ジホから突然アプローチを受ける。そんな中、視力低下に悩まされている新体操選手マリがセンターを訪れる。ヘリムはその原因をいち早く見抜き、またしても患者はスヒョンではなくヘリムのことを慕う。プライドを傷つけられたスヒョンは、3人目の男性として自らプロジェクトに参加し、ヘリムに仕返ししようと考えるのだった。

プロジェクトのためにヘリムへ花束を贈り続けていたスヒョン。そのことがバレてしまい、問いつめられたスヒョンは思わずヘリムにウソの告白をする。半信半疑のヘリムは、スヒョンに毎日日記を書くように言い渡し、気持ちを確かめようとする。なんとかしてヘリムと接近したいスヒョンはデートと称し、一緒に新しい患者の調査へ向かう。その患者は、人に愛されないと気が済まない歌手ジュニだった。そんなある日、ヘリムの元夫が突然カフェに現れ…。

ヘリムからの愛情が何％あるかをチェックする中間検査でスヒョンが最下位になった中、ひとり高得点を出したスンチャン。ヘリムとの距離を一気に縮めるが、将来についてヘリムに説教をされて思わず喧嘩してしまう。その様子を目撃したスヒョンは、ここぞとばかりにヘリムを図書館デートに誘う。そこで告白の返事を聞きたいと切り出すが…。一方、ヘリムはスヒョンの部屋からある動画を盗み出す。そんな中、ジュニが倒れて病院に搬送され…。

愛を告白する女性の姿が映っている動画を見たヘリムは、スヒョンがプロジェクトの本当の目的を隠しているのではないかと疑い始める。その頃、ヘリムに対する想いに気づいたスヒョン。プロジェクトのために気持ちを抑えようと自分に言い聞かせるが、ヘリムとスンチャンが抱き合う姿を見て嫉妬を覚える。そんなスヒョンにスンチャンは、ヘリムを本気で好きになったと告白する。そうした矢先、動画に映っていた女性がカフェに現れ…！？

ヘリムへの気持ちを抑え切れなくなったスヒョンは、スンチャンとジホを集め、自らプロジェクトの参加者から外れることを宣言。さらに、ヘリムと距離を置くために、ヘリムにもセンターの顧問を辞めて欲しいと告げる。スヒョンに突然冷たく突き放されたヘリムは、ショックからスンチャンの前でやけ酒をしてしまう。葛藤しながらもプロジェクトを続けるスヒョンは、新しい参加者の男性を見つけ出し、ヘリムに接近させるが…。

スヒョンに尾行され、デートを台無しにされたヘリムはスヒョンに対してますます不信感を抱く。一方、ヘリムが他の男性と2人きりになることに我慢ならないスヒョンは、再びプロジェクトの参加者に復帰。娘のドギョンの学費稼ぎに奮闘するヘリムに何かと手を差し伸べ、ヘリムの心を取り戻そうとする。そんな中、ヘリムに自分の想いをストレートに告白したスンチャン。それを知ったスヒョンはヘリムを呼び出し、突然キスをして…！？

晴れて恋人同士となり、デートをするスヒョンとヘリム。デート中、女心が分からないスヒョンにヘリムは物足りなさを感じてしまう。怒って帰宅すると、待っていたジホから突然の告白を受け…！？ ヘリムが未だにプロジェクトの目的を疑っていることを知ったスヒョンは、ヘリムの目の前で契約書を破り、プロジェクトの中止を宣言。安心したヘリムはスヒョンと仲良く遊園地へ行くことに。そこでスヒョンは幼い頃の悲しい記憶を取り戻し…。

スヒョンとヘリムは互いに愛を深めていくが、ヘリムの知らないところでプロジェクトは続いていた。スヒョンはスンチャンの告白をきっぱり断るようヘリムを説得した後、ヘリムからの愛情を計る最後の検査を行う。そこでほぼ満点を出したスヒョンは、プロジェクトの終了を宣言。ところがその裏で、愛の深さを調べる2回目のプロジェクトを計画し始める。それを知ったスンチャンは猛反対し、プロジェクトの資料の在りかをヘリムに教えるが…。

プロジェクトの資料を発見し、ついに本当の目的を知ってしまったヘリム。スンチャンとジホを問い詰めるが、スヒョンには秘密にするよう言い含める。スヒョンの口から直接真実を聞きたいと願うヘリムは、スヒョンにわざとプロジェクトの話をして自ら白状するよう仕向けるが、スヒョンはなかなか口を割らない。スヒョンへの怒りと信じたい気持ちが交錯する中、ヘリムはある計画を実行に移す。一方、ヘリムの妹ユリムはジホに想いを告白する。

2回目のプロジェクトがあると知ったヘリムは、スヒョンへの復讐を決意。自分が受けてきた実験をスヒョンにやり返す作戦を計画し、美人で若い女性をスヒョンに接近させる。ところがそんな矢先、スヒョンの実験日誌を見つけたヘリム。そこにはプロジェクトとヘリムへの想いの間で葛藤するスヒョンの本心が記されていて…。その頃、センターに勤めるミランはスンチャンへの想いを密かに募らせていた。ヘリムはその想いを偶然知ってしまい…。

スヒョンがプロジェクトを続けていると知り腹を立てたヘリムは、頭に花を飾って告白して欲しいとスヒョンに無理難題を突き付ける。スヒョンは悩みながらもラジオで公開告白をし、喜んだヘリムはスヒョンを抱きしめる。その晩、ヘリムはスヒョンを部屋に招いて楽しい時間を過ごすが、突然スヒョンがビデオレターを贈って欲しいと言い出す。それがプロジェクトの課題だと知っていたヘリムは、ショックを受け、スヒョンに別れを言い放つ。

スヒョンからバラの花を受け取り、仲直りしたヘリム。ところがそれは、プロジェクトを続けるためのスヒョンの作戦だった。スヒョンはヘリムの愛を深めるために、大学時代の女友達クレアと会ってヘリムを嫉妬させた後、車やプレゼントを贈ってヘリムの心をつかむ。完全にスヒョンを信じたヘリムは自らビデオレターを贈るが、そこへスヒョンからの手紙が届き…。一方、ユリムへの想いに気付いたジホは、ユリムに認めてもらうべく奮闘する。

スヒョンから木にリボンを結んで告白するよう頼まれたヘリム。ターゲットとしてしか見られていなかったことにショックを受けたヘリムは、深い悲しみに暮れる。スヒョンはヘリムのことを本気で愛していたと必死で伝えるが、傷ついたヘリムはスヒョンを突き放す。そんな中、スヒョンはセンターに通っていた患者の女性が実の母親だと知り、大きく動揺する。そんなスヒョンの元にヘリムからやり直したいという電話がかかってくるが…。

ヘリムがソウルを離れ、スヒョンは自分を捨てた母親とヘリムの姿を重ね合わせて自らを責める。食事も睡眠も取らず、センターを訪ねてきた母親にも強く当たってしまうスヒョン。そんなスヒョンを見兼ねたミランは、ヘリムの元を訪ねる。そこで、スヒョンがプロジェクトを始めた本当の理由を話し、スヒョンを助けてあげて欲しいと懇願する。一方、ジホからプロポーズを受けたユリムは結婚を決意するが、ヘリムに反対されてしまい…。

ヘリムから深い愛を受け、愛は存在すると考え始めたスヒョンは、プロジェクトを中止する。さらに、ヘリムによるカウンセリングを経て、スヒョンは母親との問題にも向き合い始める。ヘリムにジホとの結婚を反対されたユリムは、妊娠したと嘘をつき大騒ぎに。一方スンチャンは、ガンを患うミランに治療を受けるよう説得を続けていた。そんな中、スヒョンから映画のチケットを受け取ったヘリム。劇場に着くと、舞台上にスヒョンが現れて…！