江戸から明治への転換期。信州・上田藩の下級武士の家に育った山本勝三郎は、東京の町医者・山極吉哉の養子となる。東京帝国大学の医科に入学し、妻・かね子の後押しで町医者を継ぐのではなく病理学の道へ進む。32歳で東京大学教授となった勝三郎は、結核を患いながらも助手の市川厚一と共に、うさぎの耳に刺激を与え続けることで人工的に癌を発生させるという「癌刺激説」の証明実験を行う。果たして世界初の実験は成功するのか？