Fraîchement diplômé en médecine, Shaun Murphy, un jeune et brillant chirurgien atteint du syndrome d'Asperger, fait ses débuts au St. Bonaventure, un prestigieux hôpital de San José. Livré à lui-même, malgré le soutien du Dr Glassman, son mentor, la nouvelle recrue éprouve des difficultés à s'intégrer dans l'équipe du Dr Melendez. Parvenant à mettre son génie au service des patients, le jeune prodige suscite vite de l'admiration chez certains de ses pairs. D'autres, en revanche, n'attendent qu'une erreur de sa part pour le mettre hors course. Et ses maladresses répétées dans ses relations avec les patients n'arrangent pas sa situation...