1年半前、不慮の事故で脳を損傷した脳外科医の川内ミヤビ（杉咲花）は、過去2年間の記憶をすべて失い、新しい記憶も1日限り、寝て起きたら前日の記憶がなくなってしまう記憶障害に。毎朝5時に起きて机の上の日記を読み、失った記憶を覚え直すことから1日が始まる。現在は、関東医科大学病院脳神経外科の教授・大迫紘一（井浦新）の治療を受けながら、記憶をなくす前の研修先だった丘陵セントラル病院に勤務しているが、医療行為は一切行わず、看護助手として働いている。 そんなある日、アメリカ帰りの脳外科医・三瓶友治（若葉竜也）が新たに着任し、ミヤビが院内を案内していると、急患が運び込まれてくる。患者は女優の赤嶺レナで、検査の結果、脳梗塞と判明。夫でマネージャーの江本博嗣の同意を得て、すぐさま治療が行われることになり、三瓶はミヤビにも手伝うよう指示するが、看護師長の津幡玲子（吉瀬美智子）がそれを制止。三瓶は、治療後、救急部長の星前宏太（千葉雄大）から、ミヤビが記憶障害であることを聞かされる。 治療を受けたレナは目を覚ましたものの、言葉を出すことがほとんどできず、後遺症による失語症と診断。女優として絶望的な状況を目の当たりにしながら、何もできない自分にミヤビは葛藤する。そんなミヤビに、三瓶は記憶障害のことを知った上で、「人手が足りないんだから、できることはやってもらわなきゃ困る」と言い放ち、ミヤビにも医師として診察や診断をさせるよう、院長の藤堂利幸（安井順平）に直談判して…

三瓶（若葉竜也）の助手として、記憶障害のミヤビ（杉咲花）が手術に参加したことは大きな波紋を呼び、ミヤビの主治医である大迫（井浦新）は、「危険極まりない行為だ」と院長の藤堂（安井順平）に猛抗議。看護師長の津幡（吉瀬美智子）もそれに同調する。ミヤビは、大迫の言葉を胸に、まずは焦らず後遺症のある自分にしかできないことを探そうと思い直す。 そんななか、サッカー強豪校でエースとして活躍する高校生の鎌田亮介（島村龍乃介）が試合中に倒れ、救急に運ばれてくる。検査の結果、右脳を損傷している亮介には身体の左側の感覚を全て失う“左半側無視”という後遺症が残っていると判明。 亮介は、左が見えないだけでなく、左側の情報を全て無視してしまう重い症状でまっすぐ歩くこともままならない。それでも、チームの仲間と全国大会出場を目指す亮介は、落ち込むどころか、サッカー復帰を目指して懸命にリハビリに励む。ミヤビはマンツーマンで亮介のリハビリに寄り添うが、やがて“つらい現実”を亮介に伝えなければならなくなる…。 一方、記憶障害の自分に主治医が務まるのか不安を覚えるミヤビに、三瓶は「僕がそばにいますから」と背中を押す。あくまで医者としてサポートするという三瓶のその言葉になぜか胸がザワつくミヤビ。日記で読んでも自分の感情の正体が分からないミヤビは首をかしげる。

ミヤビ（杉咲花）の記憶障害は治る可能性があると示唆したうえに、「僕たちは、婚約していました」と驚きの過去を明かした三瓶（若葉竜也）。あまりに突然の告白に激しく動揺したミヤビは、その言葉を日記に残すかどうか迷う。さらに翌日には、星前（千葉雄大）から、三瓶が持っていたというミヤビと三瓶のツーショット写真を見せられ、ミヤビはますます混乱する。 そんななか、病院スタッフの間で、津幡（吉瀬美智子）が大迫（井浦新）の元を訪ねたという噂が流れる。嘘か真か、津幡は患者の安全を最優先に考え、ミヤビを手術に参加させるべきではないと直談判しに行ったらしい。すると、看護師たちの間では、安全室長として日頃からスタッフに厳しく接する津幡に反発する声があがり、星前もさすがに越権行為だと藤堂（安井順平）に抗議。しかし藤堂によれば、津幡が患者の安全に固執するのには、ある理由があるという…。

三瓶（若葉竜也）が検査した結果、ミヤビ（杉咲花）の脳には、これほど重度の記憶障害が残るような大きな損傷は見当たらず、三瓶とミヤビは困惑する。しかし、ミヤビから相談を受けた大迫（井浦新）は三瓶の見立てが間違っていると指摘。さらに、以前から知っている三瓶のことを「危険な医者」だと言い放つ。 検査結果に納得できない三瓶は後日、ミヤビのカルテをこの目で確認しようと大迫の元を訪ねる。しかし、秘書の麻衣（生田絵梨花）から大迫は終日不在だと言われ、あきらめて帰ろうとしたその矢先、院内で入院患者らしき7歳の少年に出くわす。この少年の手術が、三瓶と大迫が激しく対立する引き金になっていく。 一方、ミヤビはロボット工学研究者の加瀬誠（前原瑞樹）を担当することに。加瀬は破裂の恐れのある動脈瘤が脳に見つかった患者。脳動脈瘤が破裂するリスクは年間1％程度だが、破裂すれば重度の障害が残るか、最悪は死に至る。しかし手術をすれば4～10％の確率で後遺症が残る。確率論での過酷な選択を突きつけられ、妻と幼い子を養う加瀬は葛藤。ミヤビはそんな加瀬に根気よく寄り添い、最善の治療を行うためにカテーテル専門医である綾野（岡山天音）にも相談。すると綾野の口からミヤビに思わぬ言葉が出てきて…。

寺の住職・成海（三宅弘城）が、読経中に意識を失い運び込まれてくる。検査の結果“もやもや病”が見つかり、治療後も脳梗塞や脳出血を引き起こす可能性をはらんでいることから、主治医のミヤビ（杉咲花）は、今後、お勤めは一切やめるよう宣告。それは事実上の引退勧告で、成海はその言葉を静かに受け止めるが、弟子の碧聴（大友律）は不安を隠せない。 早速、成海の手術が行われることになり、三瓶（若葉竜也）はミヤビを術者に指名する。しかし、もやもや病の血管は細く、手術の難易度も高いため、今の自分にはまだ無理だと反論するミヤビ。「川内先生ならできます」——三瓶のその口ぶりは、まるで手術の成功を確信したかのようだったが、ミヤビは、麻衣（生田絵梨花）から「三瓶先生のことは、あんまり信用しないほうがいい」と言われたことが胸の奥に引っ掛かっていた。 一方、全科で専門医レベルを目指す星前（千葉雄大）は、自分にも脳外科の手術をさせてほしいと三瓶に頼むが、あっさり断られる。星前は、自分の専門以外の知識がない医者を「専門バカ」と呼び、それによって困る患者を1人でも減らしたいと思っていたが、三瓶はその考えを真っ向から否定。すると星前は珍しく声を荒げ、相容れない2人の間には嫌な空気が漂う。しかし実は、星前の高い志の裏にはある理由が隠されていて…。

過去に脳出血の治療を受けた山本健太郎（鈴之助）が、てんかん発作を起こし運び込まれる。一度発作が起きると今後も繰り返す可能性が高いことから、山本には抗てんかん薬が処方されることに。一方で、抗てんかん薬は一度も発作を起こしたことがない患者への予防投与は推奨されていないが、ミヤビ（杉咲花）は予防投与として、大迫（井浦新）からこの薬を処方されているという。それを聞いた三瓶（若葉竜也）の脳裏には、ミヤビの記憶障害についてある疑惑が浮かぶ。津幡（吉瀬美智子）に頼まれた星前（千葉雄大）が、大迫の部下の綾野（岡山天音）に事情を聞くなどするが、疑惑は深まるばかり。 もし、三瓶の考えが正しければ、大迫はミヤビにある“重大な嘘”をついていたことになる。他ならぬ大迫が自分に嘘をつくなどミヤビはにわかには信じられないが、自らの仮説を裏付ける事実を見つけた三瓶は、静かな怒りを燃やしていく。 その頃、抗てんかん薬を服用し始めた山本は、十分な睡眠をとるため夜勤を減らしたいと会社に申し出る。しかし、後遺症への理解が乏しい上層部から特別扱いはできないと言われ、日中の仕事もしばらく休むよう通告される。自らも後遺症を抱えながら働くミヤビは、山本のために“ある大胆な行動”に出る。

抗てんかん薬を増やしたことで、断片的ではあるものの、前日のことを覚えていられるようになったミヤビ（杉咲花）。本人はもちろん、森（山谷花純）や成増（野呂佳代）ら、これまでミヤビを支えてきた医局のメンバーもうれしくてたまらない。しかし唯一、三瓶（若葉竜也）だけは、記憶障害の改善の仕方に違和感を覚え、表情が晴れない。 そんななか、ミヤビのお祝いも兼ねて、高美武志（小市慢太郎）が営む居酒屋『たかみ』をいつものように訪れた一同は、料理の味がいつもより濃いことに気づく。ミヤビの勧めで検査をしてみると、脳に髄膜種（ずいまくしゅ）という腫瘍があり、その影響で嗅覚が落ちて味つけが濃くなったことが分かる。手術は可能だが、腫瘍切除の際に神経が傷ついて嗅覚を失う可能性が高く、極めて難易度の高い手術になる。しかし手術をしなければ、やがて命にも関わる。料理人として究極の選択を迫られた高美は…。 一方、ミヤビは前日の記憶こそ残っているものの、その内容に間違いが多いことに気づく。ついには、治療中に患者を取り違えそうになり、恐怖で立ち尽くす。三瓶は、脳の中で記憶がすり替わる“記憶錯誤”が起きている可能性を示唆するが、残念ながら治療法は解明されていないという。新たな壁に悩まされながらも、高美に寄り添いたいと思うミヤビは…。

関東医科大学病院の建て替えのため、西島（酒向芳）が綾野病院を利用するつもりだと知った麻衣（生田絵梨花）は、“ある決意”を固め、綾野（岡山天音）との結婚をやめると言い出す。しかし、麻衣との結婚で西島グループの傘下に入らなければ、多額の借金を抱える綾野病院は確実につぶれてしまう。麻衣の真意が分からない綾野は、突然の婚約解消の理由が分からず困惑する。 息子の結婚のカラクリを知った綾野の父・勲（飯田基祐）は、経営再建のために過疎地医療を廃止することに猛反発。綾野は必死に説得を試みるが、とりつく島もない。そんななか、往診に出かけた勲が、交通事故で頭部に外傷を負って丘陵セントラル病院に運び込まれる。手術はミヤビ（杉咲花）たちの手によって無事に終わるが、勲には喜怒哀楽を抑えられなくなる「社会的行動障害」という後遺症が残り、しばらくの間、勲に代わって綾野が過疎地の診療所へ通うことに。 一方、三瓶（若葉竜也）から「僕たちは、婚約していました」と打ち明けられた記憶がよみがえったミヤビは、目の前にいる三瓶にそれが事実かどうか確かめることもできず、戸惑っていた。さらに、以前に綾野と2人で美術館へ行き、そこで告白されたことも思い出して！？

過去に三瓶（若葉竜也）と綾野（岡山天音）と麻衣（生田絵梨花）と4人で食事をしたことを思い出したミヤビ（杉咲花）は、麻衣が三瓶との婚約について何か知っているのではないかと考える。自宅で餃子パーティーをしながら麻衣に尋ねると、その記憶は自分たちが南アフリカのケープタウンで三瓶と初めて会ったときのものだと分かる。当時、ミヤビと三瓶が2人でよく行動していたことは事実だが、それは綾野からのアプローチをかわすための嘘が始まりだったという。婚約については麻衣も詳しくは知らず、真実を知るのは三瓶ただ1人ということに。ミヤビはついに、三瓶本人に向き合おうと決意する。 そんな中、偶然、西島（酒向芳）と出くわしたミヤビは、西島の隣を歩く鵜原建設の押尾晴人（黒田大輔）を見て足がすくむ。理由は分からないが、とてつもない恐怖を感じたのだ。戻ってきたミヤビの様子に異変を感じ、話を聞いた三瓶は…。 一方、麻衣から「大迫教授はミヤビちゃんに言ってないことがある」と聞いたミヤビは大迫（井浦新）の元を訪ねる。一度は何も答えなかった大迫だったが、あることをきっかけにミヤビを改めて呼び出し、「全部話すよ」と自分の思いを語り始める。

一過性健忘の症状が現れ、突如、三瓶（若葉竜也）が誰だか分からなくなってしまったミヤビ（杉咲花）。今回は軽い発作で済んだが、大迫（井浦新）は三瓶にミヤビの病状を詳しく伝えた上で、手術するにはあまりにも危険だから絶対に手を出すなよ、と釘を刺す。 数日後、絵描きの柏木周作（加藤雅也）が公園でてんかん発作を起こし、丘陵セントラル病院に運ばれてくる。最悪性の脳腫瘍を患う周作は、できる治療は全て受けてきた上で、もはや手の施しようがない状態。やがて周作は、徐々にこれまでの記憶も失い始め、妻・芳美（赤間麻里子）のことすら分からなくなっていく。その姿に、ミヤビは自分もこの先、何もかも忘れてしまうのだろうかと不安に駆られて…。 一方、三瓶は大迫の元で見た、より精細な脳のMRI画像を思い出していた。ミヤビの記憶障害の原因は、決して人がメスを入れてはいけない領域“ノーマンズランド”にあり、無理に手術をすれば命に関わる状態。しかしこのまま放っておいて再発すれば、同じ結果を招く。ならば手術にかけるしかないのか…葛藤しながらも手術の練習に没頭する三瓶に、ミヤビはある決意を口にする。

ミヤビ（杉咲花）が激しい頭痛に襲われ、倒れた。検査の結果、再発が認められ、このまま症状が進めば意識障害が出る可能性も高い。脳梗塞が完成して命に関わるのも時間の問題という切迫した状況に。三瓶（若葉竜也）は、すでに数時間しか記憶がもたなくなっているミヤビに、これ以上症状が進行するようなら、手術を任せてほしいと伝えるが、ミヤビの意思は固く、やはり手術はしないという。あきらめきれない三瓶は、限られた時間でノーマンズランドの0.5㎜以下の血管を吻合できるよう練習に没頭。しかし、ミヤビの気持ちを察した津幡（吉瀬美智子）から、「彼女が望んでいることをしてあげて」と言われ、あることを決意する。 過去2年間の記憶を失い、今日のことも明日には忘れてしまう——。記憶障害という重い障害を抱えながらも、毎日綴る日記を頼りに明るく前向きに生き、多くの患者に寄り添ってきたミヤビ。彼女の今日はまた、明日に繋がらなくなってしまうのか。命の危機に瀕するミヤビと、彼女を救おうとする三瓶。二人を待ち受ける未来は——