Dear Hyeri mengisahkan pewarta berita bernama Joo Eun Ho (Shin Hae Sun) yang memiliki kepribadian ganda atau Dissociative Identity Disorder (DID). Ia mengembangkan alter ego yabg muncul setiap jam 4 sore. Kepribadian keduanya adalah Joo Hye Ri (Shin Hae Sun).
Penyebab Joo Eun Ho memiliki kepribadian ganda secara sekilas terungkap di Dear Hyeri episode 3 dan 4. Ternyata ini berkaitan dengan tragedi yang terjadi di masa lalu. Lalu apa penyebab Joo Eun Ho mengalami DID di usia 30-an?
Sebelum jadi alter ego Joo Eun Ho, Joo Hye Ri sebetulnya adalah nama adik gadis itu yang dulu dinyatakan hilang saat pergi liburan dalam rangka merayakan kelulusan bersama teman-teman kampusnya di Taman Nasional Giidong. Meski bertahun-tahun telah berlalu, Joo Hye Ri tak kunjung ditemukan dan disimpulkan telah meninggal. Kematian sang adik tercinta yang mendadak dan tragis tak bisa diterima oleh Joo Eun Ho. Ia tak bisa merelakan adiknya tersebut telah meninggal dunia.
Tragedi hilangnya Joo Hye Ri yang berujung kematian membuat Joo Eun Ho tak hanya berduka, tapi juga merasa sangat bersalah. Pasalnya, ia yang memaksa sang adik untuk pergi liburan. Ia hanya ingin Joo Hye Ri punya lebih banyak teman dan tak terlalu bergantung padanya.
Kakak beradik ini pun bertengkar hebat karena Joo Hye Ri tak ingin pergi, sedangkan Joo Eun Ho memaksa adiknya itu untuk ikut acara tersebut. Setelah kegiatan itu berujung tragis, Joo Eun Ho menyesal telah memaksa adiknya pergi. Terlebih pertemuan terakhir mereka diisi dengan pertengkaran.
Karena tak kunjung kembali atau ditemukan, pihak berwajib menghentikan pencarian Joo Hye Ri dan gadis itu disimpulkan telah meninggal. Namun, Joo Eun Ho tak bisa menerimanya sebab belum melihat jasad sang adik. Ia terus berada di fase denial dan menolak menerima fakta bahwa adik kesayangannya itu telah meninggal. Ia bahkan membangun kamar khusus untuk Joo Hye Ri di rumahnya yang diisi dengan barang-barang favorit adiknya itu. Ia juga marah saat ada yang bilang Joo Hye Ri telah meninggal.
Sebagai bentuk rasa duka dan kerinduan pada Joo Hye Ri, Joo Eun Ho ingin mewujudkan mimpi adiknya itu. Dari buku harian yang ditulis sang adik, Joo Eun Ho tahu gadis itu ingin bekerja di tempat parkir. Ia lantas melamar pekerjaan di layanan parkir Media N Seoul dengan memakai identitas Joo Hye Ri. Ia bekerja di sore hari sepulang dari kantornya di PPS TV. Agar tak ada yang mengenalinya, ia sengaja membuat poninya menutupi wajah yang akhirnya menjadi ciri khas dari alter egonya, Joo Hye Ri.
Selain kehilangan adik semata wayang dengan cara tragis dan tiba-tiba, Joo Eun Ho juga punya masalah lain. Di tempat kerja, ia mendapat tindakan diskriminatif dan kesulitan untuk mempertahankan pekerjaannya sebagai pewarta berita. Di sisi lain, kehidupan asmaranya juga ngenes. Jung Hyun Oh (Lee Jin Wook) menolak menikahinya dan justru minta putus meski mereka telah pacaran selama 8 tahun. Joo Eun Ho juga tak punya support system yang kuat sehingga tidak memiliki tempat berbagi kesedihan dan keluh kesah.
Rasa bersalah dan duka mendalam sepeninggal adik tercinta ditambah masalah pribadi hingga pekerjaan membuat Joo Eun Ho begitu tertekan dan tak bahagia. Akhirnya, ia "memecah" kepribadiannya sehingga muncul sosok Joo Hye Ri sebagai alter egonya. Akankah Joo Eun Ho bisa sembuh dari kepribadian ganda atau DID di Dear Hyeri?