Le jeune chirurgien Shaun Murphy rejoint un prestigieux hôpital de San Jose, California. Atteint du syndrome d'Asperger, Shaun a des difficultés à s'intégrer à l'équipe. Son incapacité à la compréhension, usuellement naturelle et innée, de la communication non-verbale et des codes sociaux, rendent son intégration difficile et fausse son interprétation des émotions d'autrui. Mais en mettant son incroyable don au service de ses patients, il suscite l'admiration de ses collègues, même des plus sceptiques.