Atteint du syndrome d'Asperger ainsi que de celui du savant, le chirurgien Shaun Murphy, fraîchement diplômé, rejoint un prestigieux hôpital de San José. Livré à lui-même, il éprouve des difficultés à s'intégrer à l'équipe. Mais en mettant son incroyable don au service de ses patients, ce 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.