La série "Doc" suivre l'histoire d'Andrea Fanti, un brillant chef de service de médecine interne qui subit un traumatisme crânien après avoir reçu une balle dans la tête par le père d'un de ses patients décédés. Ce trauma lui fait perdre les souvenirs des douze dernières années de sa vie. Andrea doit donc se reconstruire en tant que médecin et en tant qu'homme, en réapprenant à vivre dans un monde qui a considérablement changé.
Andrea travaille à la polyclinique Ambrosiano de Milan, où il est aidé par sa collègue et ex-partenaire, Giulia Giordano, et où il doit gérer ses relations complexes avec son ex-femme, Agnese. Malgré son amnésie, Andrea retrouve une connexion empathique profonde avec ses patients, ce qui lui permet de continuer à exercer sa profession avec une nouvelle perspective.
Au fil de la série, Andrea enquête sur les circonstances de son accident et tente de retrouver son indépendance, tout en reconstruisant sa vie personnelle et professionnelle basée sur les quelques souvenirs qu'il lui reste et sur le témoignage de ses proches et collègues. Cette quête le mène à affronter de nouveaux défis et à redécouvrir qui il est vraiment.