Marc (Benoît Poelvoorde), ispettore delle imposte in temporanea trasferta da Parigi in una cittadina di provincia, una sera perde il treno che doveva riportarlo nella capitale. Incontra casualmente Sylvie (Charlotte Gainsbourg) a cui chiede indicazioni per un hotel. I due iniziano a camminare per le strade deserte raccontando di sé il meno possibile. Scatta però un sentimento intenso che spingerà i due a darsi appuntamento a Parigi qualche giorno dopo senza però avere i reciproci numeri di telefono e neppure conoscendo il nome l'uno dell'altra. Marc avrà un contrattempo di natura fisica e arriverà troppo tardi. Sylvie, delusa, se n'è già andata. Qualche tempo dopo lui incontrerà nel corridoio dell'Ufficio delle tasse una donna che ha dei problemi con le dichiarazioni dei redditi. È Sophie (Chiara Mastroianni), sorella maggiore di Sylvie. Marc però non lo sa e inizia una relazione con lei.
Presentato in concorso alla 71. Mostra del Cinema di Venezia, Tre cuori - di cui vi mostriamo il trailer italiano in esclusiva - arriverà nelle sale italiane il 6 novembre distribuito da Bim.