Grey's Anatomy met en scène une équipe médicale d’un hôpital de Seattle. Le titre fait référence à Meredith Grey, interne en médecine, qui a un lien plus ou moins direct avec tous les personnages principaux. Le titre est également un jeu de mots à partir du titre d'un traité d'anatomie populaire chez les étudiants en médecine américains, intitulé "Gray's Anatomy"

Meredith Grey, Cristina Yang, Izzie Stevens, George O'Malley et Alex Karev commencent leur internat en chirurgie au Seattle Grace Hospital.

Meredith est une jeune femme intelligente dont la mère est une chirurgienne renommée dont elle s'apprête à suivre les pas. Juste avant son premier jour d'internat, elle a eu une aventure avec un homme dont elle ignore qu'il s'agit du Dr Derek Shepherd, l'un des chirurgiens titulaires du Seattle Grace Hospital.

Izzie est d'emblée la tête de turc du service. Bailey lui donne toutes les basses besognes à accomplir. Mais cela ne démotive pas la jeune femme qui démontrer à tous qu'elle est autre chose qu'une jolie blonde.

Cristina est la surdouée du groupe, première de promo à Stanford. Elle est ambitieuse, ne s'encombre pas de bons sentiments et semble prête à tout pour être la première.

Par contre, George est naïf, peu sûr de lui et déjà très intéressé par la jolie Meredith.

Enfin Alex, le beau gosse , est suffisant, arrogant et prétentieux. Il ne veut écouter personne

Ces internes sont entourés de chirurgiens de renom.

Richard Webber, le chef du service de chirurgie, est un ancien collègue de la mère de Meredith. Il a consacré sa vie à son travail au détriment de sa vie personnelle. Cependant, il commence à penser au choix de son successeur.

Preston Burke est le chirurgien titulaire du service de cardiologie. Il ambitionne de devenir le prochain chef du service de chirurgie lorsque Richard Webber prendra sa retraite. Suffisant, sûr de son talent, il s'est enfermé dans la routine.

Derek Shepherd est le nouveau neurologue, c'est un ancien élève de Richard Webber. Il est ouvert et amical, très à l'écoute de ses patients et de ses subordonnés. Lui aussi brigue le poste de chef de la chirurgie. Il est enchanté de découvrir qu'il travaillera avec la jolie Meredith qu'il adore mettre mal à l'aise.

Miranda Bailey est la résidente en charge des nouveaux internes. Elle est surnommée le tyran mais elle a un coeur d'or.

Le Seattle Grace Hospital se révèle rapidement être le meilleur cadre d’apprentissage de la chirurgie. Mais le prix à payer est le rythme de travail effréné et le sacrifice de la vie personnelle.

Grey’s Anatomy nous fait découvrir la vie de ces jeunes médecins luttant pour devenir les meilleurs chirurgiens, en tentant de ne pas perdre leur humanité. Ajoutez à cela la complexité de leur vie personnelle, leur quotidien n’est pas de tout repos… Mais très vite, ils prennent leurs marques et tissent de forts liens d’amitié ...