Tế Bào Đồng Cảm là chuyện tình lãng mạn pha yếu tố kỳ ảo, xoay quanh Yoo Ji An – cựu thần tượng quốc dân chuyển hướng làm diễn viên nhưng bị chỉ trích vì thiếu khả năng đồng cảm – và Cha Eun Hwan, chuyên gia tư vấn tâm lý mang năng lực cảm nhận cảm xúc của người khác.
Khi cả hai bất ngờ trải qua hiện tượng "chuyển giao cảm xúc", họ buộc phải đối diện với những tổn thương sâu kín, dần chữa lành quá khứ và khám phá ý nghĩa thực sự của sự đồng cảm, tình yêu và sự trưởng thành.