Serial opowiada o życiu zawodowym i prywatnym grupy młodych lekarzy, pracujących na oddziale chirurgii w jednym ze szpitali w Seattle. Mimo nieustannego boju o ciekawe przypadki medyczne i miejsce przy stole operacyjnym w charakterze asysty potrafią nawiązać między sobą znajomości, a nawet przyjaźnie. Razem przeżywają sukcesy i porażki, nie tylko zawodowe. Dodatkowo każdy z bohaterów ma swoje tajemnice, które ujawniają się z czasem.

Główną postacią jest dr Meredith Grey (Ellen Pompeo). Nazwa serialu jest aluzją do jej nazwiska oraz podręcznika do anatomii Gray's Anatomy. Tytuł każdego odcinka pochodzi od nazwy utworu muzycznego (podobnie jak w innym serialu stacji ABC – Gotowe na wszystko).

Niektóre z nazw używanych w serialu zostały przyjęte w codziennym użyciu pseudonim McDreamy (pierwszy z serii, odnoszący się do Dereka Shepherda nadany przez Cristinę Yang), McSteamy (pseudonim wymyślony przez żeńską część stażystów odnoszący się do Marka Sloana), McHot (nadany Addison Shepherd przez Alexa), McDog (nadany psu Meredith i Dereka) i McVet (odnoszący się do Finna Dandridge'a).

Do grona chirurgów Seattle Grace dołącza stary znajomy Dereka i Addison – Mark Sloan. Meredith dostaje nagłego ataku wyrostka. Odkrywa dzięki temu uroki morfiny i życzliwą stronę Addison. Meredith dokonuje ostatecznego wyboru pomiędzy Finnem i Derekiem. Ciężarna pacjentka Addison nie wyraża zgody na przeprowadzenie cesarskiego cięcia. gdyż upiera się przy naturalnym porodzie. Izzie spotyka się z ojcem Denny'ego, który na początku rozmowy jest do niej wrogo nastawiony. Uważa on, że dziewczyna związała się z jego synem dla pieniędzy. Po dłuższej rozmowie wręcza jej kopertę, w której jest czek na 8,7 miliona dolarów. Podaje też klucz do odsłuchania wiadomości od jego syna, którą Denny pozostawił tuż przed śmiercią. Skrywając mroczny sekret, Burke zostaje dopuszczony do operacji. Addison nie może sobie poradzić z wyrzutami sumienia dręczącymi ją z powodu wydarzeń przeszłości.

George ma dość mieszkania z Callie. Tymczasem ona złości się, że ten zniechęcił jej pacjenta do operacji. Napięcie między parą wzrasta, a w jego rezultacie Callie wyprowadza się do hotelu. Obserwując poczynania Burke'a, Cristina postanawia mu pomóc. Alex zajmuje się pacjentką, odporną na ból. Mark wyznaje miłość Addison. Izzie udaje się do Seattle Grace by prosić o drugą szansę. Targające nią wątpliwości nie pozwalają jej jednak przekroczyć progu szpitala. Meredith odkrywa, że randkowanie z dwoma mężczyznami nie jest tak łatwe jak myślała.

Cristina w dość nietypowych okolicznościach poznaje rodziców Burke'a. Addison znajduje majtki Meredith w kieszeni marynarki Dereka. Z zemsty wiesza je na tablicy ogłoszeń. Montgomery bierze dzień urlopu i postanawia topić smutki w alkoholu. Załamana Izzie nie jest w stanie znaleźć sobie miejsca. Ulgę przynosi jej jedynie pieczenie. George odkrywa tajemnicę Callie. Lekarze ratują życie chłopca, którego przebiło drzewo. Jedna z pacjentek dowiaduje się ze ma raka płuc. Postanawia do końca korzystać z życia. Meredith nie potrafi wybrać pomiędzy Derekiem a Finnem. W końcu dziewczyn decyduje, że najpierw musi pochodzić z nimi na randki, by dokonać właściwego wyboru. Derek mówi Addison, że ich małżeństwo jest już skończone.

Izzie nie może się pozbierać po stracie Denny'ego. Cristina i Meredith bezskutecznie starają się ją pocieszyć. W końcu Izzie postanawia urządzić dla ukochanego sziwę. Tymczasem do szpitala trafia kobieta zarażona tajemniczą chorobą, którą okazuje się być dżuma. Wszyscy, którzy mieli z nią kontakt (w tym Derek i George) zostają poddani kwarantannie. Adele stawia Richardowi ultimatum. Stażyści wspominają dzień, w którym się poznali.

Gdy emocje po dramatycznych wydarzeniach ostatnich dni opadają, wydaje się pozornie, że wszystko wraca do normy. Pod presją udało się znaleźć nowe serce dla Denny'ego. Także operacja Prestona powiodła się Derek uratował go, ale Cristina nadal niepokoi się o chłopaka. Callie zmusza George'a, by wyznał, co naprawdę do niej czuje. Derek i Meredith będą musieli zdecydować, co dalej z ich wspólnym psem. Podejmują decyzje ze lepiej go uśpić, aby się nie męczył Meredith wydaje się szczęśliwa w nowym związku z Finnem, także Derek i Addison na dobre do siebie wrócili.

Wszyscy stażyści pomagają Izzy w podtrzymaniu życia Denniego, aby on dostał to nowe serce. Addison pacjentka okazuje się siostrzenica Webbera-Cammila, która ma wznowienie raka. Burke musi podjąć decyzje poczekać aż się sam wchłonie tętniak czy poddać się natychmiast operacje. Christina nie potrafi doradzić Prestonowi i ucieka z sali od niego. Derek postanawia zaryzykować i operować Burka. Richard dowiaduje się od swojej żony, że wiedziała ona o jego romansie z Elise Grey. Bailey odkrywa cały spisek stażystów karze im opuścić sale, nikomu nie mówić co się tu wydarzyło. Denny dostaje serce a operacje przeszczepu przeprowadza Ericka Hahn. O przecięciu LVAD dowiaduje się szef co może mieć konsekwencje dla szpitala.

Denny jest drugi na liście do przeszczepu serca. Dane o stanie zdrowia pierwszego pacjenta zgłoszone zostało do programu przeszczepu wpłynęło tylko 17 sekund wcześniej niż jego. Burke leci samolotem po serce dla Denniego, ale okazuje się ze jeden z dwóch dawców zmarł. Szpital jest pełny rannych po strzelaninie w restauracji. Jedna z ofiar jest dziewczyna w ciąży, której rodzice chcą mieć jej dziecko. Zadaj oni od lekarzy aby podtrzymywali jej czynności życiowe aż do rozwiązania. Doctor pies Meredith ma raka. Izzy jest załamana, że Denny nie dostanie serca. Postanawia wziąć sprawy w swoje ręce. Decyduje się odciąć LVAD aby pogorszyć jego stan i otrzymać serce. Burke wraca do szpitala aby sprawdzić stan Dennego, ale zostaje postrzelony przed szpitalem przez niezadowolonego pracownika restauracji. Rodzice dziewczyny w ciąży postanawiają oddać jej organy do przeszczepu.

Do szpitala trafia ciężarna kobieta w krytycznym stanie. Jest ona ofiara wypadku, który spowodował stażysta z chirurgii Marshall, zasnął on za kierownica z przemęczenia. Alex dokonuje cesarskiego ciecia ratuje dziecko, ale kobieta umiera. Derek jest wściekły na Meredith, ze spotyka się z Finem. Burke jest obrażony na Christine, ze zasnęła w czasie seksu. Izzy potajemnie spędza wieczór z Dennym grając w scrabble.

Fin zaprasza Meridith na kolacje, ale wezwany za pomoc jej przy oźrebieniu się konia. Stan psa Doktor pogarsza się Derek przywozi go do Fina a tam zastaje Meridith w koszuli weterynarza. Burke musi usnąć rozrusznik serca swojemu idolowi, który nie pozwala mu w graniu muzyki. Niestety umiera podczas operacji, a kardiochirurg wini siebie. Danniemu zostaje wstrzepiony LHD. Addison podczas cesarskiego ciecia podwiązuje jajowody swojej pacjentce, która o to prosiła, a później się tego wypiera. Mąż pacjentki chce pozwać szpital a Addison może ponieś zawodowe konsekwencje. Alex zostaje stażysta Montgomery.