Shaun Murphy es un joven cirujano residente que tiene autismo y el síndrome de Savant, conocido como el «síndrome del sabio». Debido a estas condiciones, Shaun tiene unas habilidades mentales impresionantes. Sin embargo, tiene grandes problemas para socializar y relacionarse en su vida cotidiana. Su amigo el doctor Aaron Glassman consigue convencer a parte de la junta del Hospital San José St. Bonaventure para contratarle. Shaun tendrá que afrontar muchos prejuicios de los pacientes y de sus compañeros y demostrar su valía como cirujano pediátrico.