짜릿했던 닭발집에서의 데이트 이후 수현(성준)은 혜림(한예슬)앞에서 자꾸만 실험남A의 본분을 잊게 되고, 실험과 연애감정 사이에서 미묘하게 갈등한다. 한편, 혜림은 주사가 심한 유림(황승언)의 후배 성호(최태환)를 말리다가 경찰에 잡히고, 소식을 들은 수현은 유치장에 혼자 있는 혜림 옆을 지키기 위해 일부러 경찰에 잡혀가려 하는데...
실험을 의심하는 혜림(한예슬) 에게 그럴듯한 거짓말을 늘어놓는 수현(성준). 하지만 수현 역시 혜림을 속이는 마음이 편치 않다. 개인적 감정 때문에 실험을 망치게 될까 두려운 수현은 실험남A에서 빠질 것을 선언하고 새로운 실험남A를 섭외한다. 생각보다 너무 괜찮은 실험남A 에게 흔들리기 시작한 혜림. 수현은 그런 혜림과 새로운 실험남A를 가만히 두고 볼 수 없는데...
혜림(한예슬)은 조교수(이승준)와의 관계를 거짓말로 둘러대는 수현에게 다시는 보지 말자며 결별을 선언하고, 수현은 혜림의 마음을 돌리기 위해 또 다른 작전을 개시한다. 유명 마술사의 매직쇼에서 다중인격을 앓고 있는 유선(조은지)를 만나게 된 수현과 혜림, 둘은 유선의 상담을 함께 하며 다시 가까워 지고. 한편, 승찬(정진운)은 담벼락에 그림을 그려 혜림에게 자신의 사랑을 고백하는데…
열렬한 키스로 사랑을 확인한 수현(성준)과 혜림(한예슬). 둘은 센터 사람들의 눈을 피해 밀회를 즐긴다. 하지만 여전히 실험에 대한 의심을 지우지 못하는 혜림은 수현에게 실험관련 문서를 삭제해달라고 하고, 수현은 또 다시 깊은 고민에 빠진다. 한편, 혜림은 어린시절의 트라우마때문에 괴로워하는 수현을 위로하기 위해 이벤트를 준비하지만 수현은 그런 혜림의 모습이 어색하기만 한데…
수현(성준)의 진심어린 고백으로 완벽한 연인이 된 수현과 혜림(한예슬). 승찬(정진운)은 혜림이 수현의 실험에 이용당하는 모습을 그냥 두고 볼 수 없다. 혜림에게 실험의 정체를 얘기하려 하는 승찬과 지호(이주형). 하지만 혜림과 수현은 일박이일 여행을 떠나버리고... 한편 숨겨놓은 수현의 비밀금고 암호를 알게 된 혜림은 금고를 열어보려 하는데..
드디어 실험의 정체를 모두 알게 된 혜림(한예슬)은 승찬(정진운)과 지호(이주형)를 시켜 수현(성준)의 일거수일투족을 감시하며 복수의 칼날을 간다. 수현은 왠지 모르게 차가워진 혜림의 마음을 풀어주기 위해 온갖 애정공세를 하지만, 혜림은 그런 수현을 박살내기 위한 역실험을 계획하는데...
수현(성준)에 대한 복수로 역실험을 시작한 혜림(한예슬)은 사사건건 사랑이 식었다며 시비를 걸고, 마음을 보여달라며 수현에게 fMRI를 요구한다. 두 번째 작전으로 수현에게 어리고 예쁜 실험녀를 접근시키는 혜림, 하지만 수현과 실험녀가 가까워질수록 혜림은 질투에 어쩔줄모르는데...
실험을 계속하는 수현(성준)에게 실망한 혜림(한예슬)은 수현에게 이별을 선언하고, 수현은 갑작스런 혜림의 태도에 상처 받는다. 홧김에 이별을 말한 혜림, 하지만 수현을 사랑하는 마음에 쉽게 수현을 져버릴 수 없는데.. 한편, 수현은 자신을 사칭하는게 태화(태인호)라는 사실을 알게되고, 그를 미행하던 도중 마침내 태화의 비밀을 알게되는데...
혜림(한예슬)은 갑작스런 수현(성준)의 옛 연인의 등장에 질투가 폭발하고, 미란(장미희)은 모두가 모인 파티 자리에서 자신이 승찬(정진운)을 좋아한다는 사실이 밝혀져 도망치듯 자리를 떠난다. 한편 수현은 고민 끝에 혜림에게 3차 과제가 담긴 꽃바구니를 보내지만, 혜림의 영상편지를 받고 그제야 혜림의 진심어린 사랑을 깨닫게 되는데....
승찬(정진운)은 미란(장미희)의 갑상선 암 이야기를 듣고 미란을 찾아 제주도로 떠난다. 한편, 혜림(한예슬)에 대한 자신의 사랑을 깨달은 수현(성준)은 드디어 실험 폐기를 결정하고 혜림에게 어떻게 진심을 전할지 고민한다. 마침 혜림은 그런 수현에게 잊지 못할 "특별한" 데이트를 선사해주려 하는데..
유림(황승언)이 임신했다는 말에 혜림(한예슬)은 충격에 빠지고, 미란(장미희)은 승찬(정진운)의 설득에 수술을 결심한다. 혜림은 수현의 마음을 열기위해 수현의 어릴적 추억의 장소를 찾고, 거기서 수현은 어린시절의 자신을 맞닥뜨린다. 한편, 마음을 종잡을 수 없는 수현으로 인해 혜림의 불안감은 커져만 가고 그런 혜림에게 한 통의 편지가 배달되는데...