Время действия XXV век, место - Солнечная система и прилегающие территории. Офицер Космофлота Эд Мерсер тяжело переживает развод с супругой, которая изменила ему с синим инопланетянином. Переживания выливаются для него в злоупотребление алкоголем и другие дисциплинарные нарушения. Но однажды судьба решает улыбнуться ему: Эду Мерсеру предлагают возглавить пост капитана исследовательского корабля "Орвилл". Не успевает новоявленный командир познакомиться с командой, в которой числятся и представитель однополой расы и обладательница сверхсилы, как узнает что на пост помощника капитана назачена его бывшая жена.

В центре событий — молодая женщина-хирург Мередит Грей, дочь известного врача Эллис Грей. Она работает в городской больнице Сиэтла, и её коллеги, такие же начинающие врачи, как она. Хирурги оперируют и влюбляются, заводят истории болезни и служебные романы, хранят свои врачебные тайны, борются с осложнениями у пациентов и в собственной личной жизни. И зачастую отношения с противоположным полом волнуют их не меньше, чем вопрос приобретения ими профессионального опыта.