电影《真爱染色体》讲述了两位大学生，山姆和西娅，在一次派对上与科尔斯相识的故事。他们之间的吸引立刻显现，导致了一夜的激情与尴尬相处，也引发了一段极度紧张的情感纽带。随着他们不断突破友谊的性界限，却也在山姆和科尔斯即将展开的罗曼史以及西娅日益放纵的行为下受到考验，直到关系在恐惧、怨恨和不信任的阴云中瓦解。八年后，他们再次重逢。科尔斯已经成为一家知名广告公司的动画师，与克莱尔相伴已有五年。西娅与迈尔斯幸福地结婚，他们一同经营着一家兴旺发展的餐厅。而山姆则在伦敦工作后刚刚回到曼哈顿，她最近刚刚解除了婚约。然而，重逢之后，三人再次卷入了曾经定义他们关系的复杂互动中，并被迫面对承诺和爱的真正含义。