Ünlü kadın doğum uzmanı Dr. William Masters ve bekar bir anne olan asistanı Virginia Johnson, insan cinselliğiyle ilgili çığır açan bir araştırmaya başlarlar.

Bill'in araştırması onu bir geneleve sürükleyince, Virginia olmadan zorlanacağını anlar ve onu yeniden işe almak zorunda kalır.

Virginia, bayan bir doktorun işe alınmasından pek hoşnut kalmaz. Bill ise araştırmayı bir genelevde yapmalarının sonuçları tehlikeye attığından endişelenmektedir.

Bill'in kendi çocukluk travmalarını hatırlaması, babalık becerilerini sorgulamasına yol açacaktır. Bu sırada Virginia'yı eski kocası ziyaret eder.

Çocukluk anıları Bill'i rahatsız etmektedir. Haas ise gözüne gireceği ümidiyle Scully'nin genç kızıyla çıkmaya başlar.

Bill ve Libby, yaşadıkları düşükle uğraşırken cinsel açıdan tatminsiz Margaret Scully, Virginia'nın kadınlarda cinsel tepki üzerine yaptığı araştırmaya gönüllü olur.

Bill, evliliği ve Virginia'yla ilişkisine dair araştırmayı dengelemeye çalışır. Scully, bir soygun yüzünden ifşa olma tehlikesindedir. Margaret, başka bir adamla görüşür.

Bill ve Virginia, araştırmalarının tartışmalı filmini çekmeye başlarlar. Bu sırada Margaret Scully'nin ilişkisinin sona ermesi Barton'la ilgili gerçeği ifşa edebilir.

Cinsel davranışın filme çekilmesi, Bill ve Virginia'nın araştırmasına dikkat çeker. Bill'in annesi ise onların kişisel ilişkileriyle ilgili endişe duymaktadır.

Hamile bir denek, Bill ve Virginia'nın aralarını bozar. Margaret Scully sonunda Barton'la ilgili gerçeği keşfeder.

Araştırmasının tanıtımını yapmak isteyen Virginia, Bill'i yalnız bırakarak Dr. DePaul ile çalışır. Haas, Virginia'nın kocasıyla beklenmedik bir şekilde karşılaşır.

Bill, araştırmasını ilk defa meslektaşlarına açıklayarak büyük bir öfke uyandırır. Bu sırada Scully, en sonunda Margaret'a gizli hayatından söz eder.

Bill, işini kaybetmenin etkileriyle yüzleşirken, Virginia'yla birlikte ilişkilerini hem kişisel hem de profesyonel anlamda yenilerler.

Bill, büyük bir şevkle yeni hastanede çalışmaya başlarken Virginia'nın yerine başkasını almasını isteyen patronuyla çatışma yaşar.

Virginia, gizli münasebetleri için bir otelde buluştuklarında Bill'in sorunlu çocukluğuyla ilgili bir şeyler öğrenir.

Bill ve Virginia'nın gizli ilişkisi, beraber otelden ayrılırken görülünce açığa çıkar. Bill, Virginia'yı yeni hastanede işe almak için uğraşmaktadır.

Bill, çığır açan araştırmasına devam eder ama bunun sonucu olarak jinekoloji işini kaybeder, DePaul ise Virginia ve Bill'in ilişkilerini öğrenir.

Hendricks, araştırmada siyahi Amerikalıların kullanılmasını yasaklayınca Bill ona karşı koyar. Virginia da DePaul'ün kemoterapiyle ilgili kararını kabullenir.

Virginia'nın başka erkeklerle yattığını öğrenen Bill, onunla cinsellik çalışmalarına ara verse de, annesinin klinik için yaptığı para yardımını kabul eder.

Bill, kısırlık sorunu yaşayan bir çifte yardım eder; Virginia kendi başına bir kadını tedavi etmeye çalışır ve polis, bir nefret suçunu görmezden gelir.

Virginia, bir hastanın vaka geçmişini kendi çıkarına kullanır. Bill'de, Lester'ın iktidarsızlığını iyileştirmesinde yardımcı olması için bir hayat kadını tutar.

Rakip bir araştırma olduğunu öğrenen Bill, Virginia'yla olan araştırmalarını korumak için harekete geçer. Virginia'da, Bill'in kendi cinsel problemlerini keşfeder.

Bir televizyon ekibi, araştırmalarını yayınlamak isteyince Bill endişelenir. Virginia'nın eski kocası, çocuklarını yeni karısıyla bir tatile götürmek ister.

Çalışmaları meyve veren Bill ve Virginia, cinsel işlev bozukluğunu tedavi eden programlarını dünyaya açıklarlar.