Atteint du syndrome d'Asperger, le chirurgien Shaun Murphy rejoint un prestigieux hôpital de San Jose, en Californie. Isolé, il éprouve des difficultés à s'intégrer à l'équipe. Mais en mettant son incroyable don au service de ses patients, ce jeune prodige finit par susciter l'admiration de ses collègues, même les plus sceptiques.