《理科生坠入情网故尝试证明第一季》的故事发生在彩玉大学的理科研究室。研究生冰室菖蒲（雨宫天 配音）和雪村心夜（内田雄马 配音）在这里一起学习和工作。某天，心夜意外收到了菖蒲的告白。凡事都以科学和逻辑为准则的理科研究生，自然不会轻易接受缺乏依据的爱情结论。为了证明菖蒲对自己的感情真实存在且有迹可循，心夜带领整个实验室展开了一场关于爱的科学实验。
在这场特别的研究中，还有每天被大家使唤得团团转的解说员奏言叶（原奈津子 配音）、性格反复无常且极度以自我为中心的棘田惠那（大森日雅 配音），以及外表像不良少年、实际上却是死宅的犬饲虎辅（福岛润 配音）。这些性格各异又十分可爱的研究员，陪伴菖蒲与心夜不断用各种实验尝试验证爱情。
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