《租爱实验室》讲述了一家名为“租爱实验室”的特殊机构，专门为那些在情感生活中迷茫和受挫的人提供“租赁伴侣”服务。故事背景设定在现代都市，科技发达但人际关系冷漠，许多人选择通过临时租赁来满足内心的孤独与陪伴需求。

影片主要围绕实验室的创始人兼心理学家李辰展开，他希望通过科学方法帮助客户解决情感困惑，重拾自信与幸福。故事中几位主要客户各有不同的情感困境：职场女性钟晓彤因前男友背叛而封闭自我；内向程序员张哲因害怕拒绝而无法建立正常关系；还有自由职业者安然因频繁的情感失败而怀疑爱情的存在。

随着故事展开，租赁伴侣的临时关系逐渐转化为真实的情感连接。李辰不仅帮助客户们治愈心灵，也不断反思自己的情感世界。剧情高潮部分，李辰面对曾经的情感创伤与内心挣扎，最终勇敢地去追寻真爱。影片以温暖感人的结局收尾，传递出现代人在快节奏生活中对真实情感的渴望与追求。