脳神経外科医の橘志帆（吉田羊）は、どんな難しい手術も成功させるゴッドハンドの持ち主。ある日、手術中に幻覚を見たことから医師を辞めようと決意するが、恩師の北畠昌幸（高橋克典）から、オペをしないことを条件に解析診断部の診断医として東光大学病院に来ないかと誘われる。勤務初日、通勤途中の志帆は腹痛を訴え吐血した保育園児の増山宏太（五十嵐陽向）に遭遇。搬送先の東光大学病院で、その場にいた研修医の田丸綾香（吉岡里帆）や救命救急医の里見藍（白鳥久美子）、外科医の新田雪野（相武紗季）らにテキパキと指示を出すが、志帆の配属を聞かされていなかった解析診断部のチーフで内科医の岩倉葉子（伊藤蘭）は怒り心頭。一方で志帆は、手術中に宏太の胃の中から出てきたある物について調べ始める。

世界大会でメダルを期待される注目の水泳選手・南野和己（浅香航大）が、極秘で検査入院することに。南野は、とある病院で根本的な治療法がないとされる病・ALS（筋萎縮性側索硬化症）と診断された。メダルどころか、いずれ命を落とす危険性もあることからセカンドオピニオンを求めてやって来たのだ。志帆（吉田羊）は、葉子（伊藤蘭）からくれぐれも口を出さないようくぎを刺されるが、早速、綾香（吉岡里帆）と練習施設のプールで聞き込みを開始。コーチから入手したタイム表の数字が気になっていた志帆は、綾香を使って南野の練習を再現してみることに。さらに、南野が以前に自転車で転んで頭を強打していたことを知り、その時の外傷が原因ではないかと考える。それならば外科手術で治療ができるかもしれないと、いちるの望みを抱いたその矢先…。

ハロウィンの夜、女子高生の集団がカラオケ店を出た直後に次々と倒れ、東光大学病院に運ばれた。症状から食中毒と判断されるが、運ばれてきた6人のうち、なぜか岡野朋美（唐田えりか）だけは全く症状が出ていない。一方、長瀬理恵（久保田紗友）は処置中に突然体にじんましんが出て、呼吸困難に陥ってしまう。幸い、雪野（相武紗季）の適切な処置で大事には至らなかったが、6人全員が別の疾患を抱えている可能性も浮上し、解析診断部のメンバーは食中毒以外の感染症や薬物中毒も視野に入れて診断を始める。翌日、唯一何の症状も出なかった朋美に話を聞きに行った志帆（吉田羊）は、朋美の様子にどこか違和感を覚えていた。一方で、理恵以外の4人は今回の騒動が朋美の仕業だと疑い始め…。

老舗料亭『真田』を訪れた葉子（伊藤蘭）は、病気を理由に隠居した大女将・静香（黒田福美）を見舞いたいと申し出るが、女将の芽依（小西真奈美）に断られてしまう。一方、通勤途中に若年性認知症を患った初老の女性に遭遇した志帆（吉田羊）は、保護される際に暴れたり、歩行障害が見られたりするなど様子がおかしいことに気付く。やがて、その女性こそが葉子が面会を希望していた大女将の静香だと判明。芽依に静香の診察を断られた志帆は、密かに静香を連れ出し勝手に診察。腕に強い脈を感じ、循環器系の病気を疑うが、乗り込んできた芽依に頬を叩かれ葉子にも叱責される。しかしその裏で、葉子も静香の症状が気になっていた。翌朝、静香が暴れた本当の理由に気付いた志帆は再び静香を連れ出すが、それを知った芽依は警察に通報。志帆は駆けつけた警察官に連行され…。

志帆（吉田羊）の過去が気になる雪野（相武紗季）は、高杉（小林且弥）とともに志帆が以前勤めていた病院を訪ねるが、これといった成果は得られない。 ある日、公園の展望台から飛び降りた建築士の奥山賢太郎（桐山漣）が解析診断部に回されてくる。目撃証言から自殺と見られるが、本人はそれを否定。 志帆は、奥山が朝食の左半分だけを残していることが気になり、奥山に絵を描いてもらうと、完成したのが右半分のみだったことで、左側半分に見えているものを認識できていないことが判明し、原因は脳梗塞だった。数日後、奥山は自分の意思とは関係なく勝手に手が動き出す『他人の手症候群』を発症。さらに最近、一時的にスマホの使い方が分からなくなったといい、恐らくそれらも脳梗塞が原因だと考えられる。連続して脳梗塞が起きるのはなぜか？解析診断部が理由を探り始めた矢先、奥山の容態が急変して…。

志帆（吉田羊）が姿の見えない相手に話しかけている様子を目撃した雪野（相武紗季）は、北畠（高橋克典）から誰にでも触れられたくない過去はあると釘をさされ、一年前、自身に起きた出来事を思い返していた。そこへ国会議員・北村英一郎（飯田基祐）の妻・詩織（高橋かおり）が急性心不全で運ばれてくる。詩織は一年前に雪野が心臓血管外科を追い出されるきっかけとなった患者だった。一命を取りとめた詩織を診察することになった解析診断部。詩織がお湯の入ったカップに触れた途端にビクッと反応したことを志帆が気にしていた矢先、雪野の処置が原因で詩織が急性呼吸不全を発症。怒りに震える北村から、殺人と同じだと怒鳴られた雪野はショックを受ける。この一件で、葉子（伊藤蘭）は今後の治療から雪野を外すことを決めるが、志帆は反対。一緒に診断をやり直すべきだという志帆の言葉に雪野は…。