Được định hình như một bộ y khoa – tâm lý – trinh thám mang màu sắc u tối, Doctor X không đi theo lối mòn “chữa bệnh cứu người” thuần túy, mà đào sâu vào những vùng xám của đạo đức và quyền lực trong ngành y.Nhân vật trung tâm là Kim Ji Won trong vai Gye Soo Jeong — một bác sĩ phẫu thuật thiên tài với hồ sơ gần như hoàn hảo, nhưng quá khứ lại bị xóa sạch một cách đáng ngờ. Cô không trực thuộc bất kỳ bệnh viện nào, mà xuất hiện thông qua một hệ thống môi giới bác sĩ bí ẩn do Lee Jung Eun thủ vai Jang Hee Sook điều hành — một người phụ nữ luôn nắm trong tay danh sách những “ca khó” mà không ai dám nhận… và những bí mật mà không ai được phép biết.