Главная героиня фильма «Гипотеза любви» – аспирантка Стэнфорда Олив Смит, которая погружена в исследования по биологии и совсем не думает о свиданиях. А вот ее гиперактивная лучшая подруга отчаянно пытается устроить личную жизнь девушки. Чтобы убедить окружение в наличии романтических отношений и наконец избавиться от опеки, Олив в коридоре факультета целует первого попавшегося мужчину. Им оказывается доктор Адам Карлсен – молодой, но невероятно строгий и высокомерный профессор с ужасной репутацией среди студентов. Чтобы выпутаться из неловкой ситуации, они заключают сделку и запускают фиктивный роман с расписанными фальшивыми свиданиями. В процессе этой романтической «игры» ученые пытаются проверить собственные теории о природе чувств, однако строгие рамки договора неизбежно рушатся.