오랜 연인이었던 승규로부터 비참하게 이별을 통보받은 은우는, 어릴 때 한동네에서 친하게 자란 재원을 7년 만에 만난다. 재원은, 은우에게 승규를 다시 돌아오게 할 수요일 오후 3시 30분 프로젝트를 조건으로 동거를 제안하는데...

재원의 자신만만한 태도에 은우의 마음이 흔들리고... 결국 은우와 재원의 티격태격 동거와 함께 수요일 오후 3시 30분 프로젝트가 시작된다. 승규는 은우의 SNS에 수요일 오후마다 올라오는, 사랑에 빠진 듯 보이는 은우의 모습에 자꾸 신경이 쓰인다.

재원, 은우가 직장 후배인 혜원에게 승규를 빼앗겨 헤어지게 된 사연을 알고 마음이 아프다. 한편, 은우와 승규가 연인사이였음을 모르는 혜원은 은우에게 남자친구가 생긴 것 같다며 승규에게 장난스레 말하고, 승규는 은우의 곁에 있는 재원이 점점 거슬린다.

재원과 은우는 어린시절 함께 돌보던 유기견과 꼭 닮은 강아지를 입양해서 함께 기르게 된다. 어린 시절 추억을 떠올리며 점점 가까워지는 두 사람. 한편, 승규는 은우를 만나기 위해 은우의 집 앞에 찾아오고...

재원과의 관계를 묻는 승규에게 은우는 어린시절 친했던 사이라고 대답한다. 재원은 승규의 행동들을 보고 승규의 마음에 동요가 일어나고 있음을 알아챈다.

은우와 재원은 수요일 오후 3시 30분 프로젝트를 함께하며 서로에게 점점 의지하게 되는데...