ד"ר מאסטרס מעמיד את משרתה של וירג'יניה בסכנה כאשר הוא מבקש ממנה להשתתף בחלק ממחקרו. בינתיים, המחקר מוצא אל מחוץ לבית החולים וד"ר מאסטרס נאלץ להעביר אותו לבית בושת.

לאחר שבעיות מיקום המחקר נפתרו, מאסטרס ווירג'יניה מגייסים משתתפים חדשים למחקר וזוכים להפתעה מרעישה. בינתיים, ליבי מנסה את כוחה כשדכנית, ואילו ביל נזכר בילדותו כתוצאה מהביקור של אימא שלו.

משיכה נכנסת אל תוך המשחק כאשר מאסטרס ווירג'יניה מחליטים להרחיב את המחקר ולכלול בתוכו זוגות. בינתיים, מאסטרס מתחיל להתרגש לקראת הלידה, ואילו וירג'יניה נאבקת בבנה ובמערכת היחסים שלהם.

ד"ר מאסטרס ווירג'יניה מוצאים דרך מצוינת לתעד את עבודתם, אך הם זקוקים לעזרה נוספת. בינתיים, וירג'יניה חוזרת לקולג' ומגלה שזה לא קל כפי שציפתה, ואילו דחפיו המיניים של סקאלי עומדים למבחן לאחר התגלית של מרגרט.

ליבי מציעה לד"ר מאסטרס עזרה לקראת הצגת המחקר בבית החולים. וירג'יניה וד"ר דיפול יוצאים לכנס רפואי בו הד"ר מספרת לוירג'יניה עד כמה עבודתה חשובה. בינתיים, בעלה לשעבר של וירג'יניה חוזר ומגלה שד"ר האס משמש כתחליף אב לילדיו.

יום המצגת של ביל בפני העמיתים מגיע. וירג'יניה רואה את ההכנות אך לא הוזמנה. ד"ר דה פול מתעמתת עם נשיא האוניברסיטה. ברטון מספר לאשתו שהחליט לעבור טיפול שירפא אותו מהנטייה שלו.

עונה שנייה לדרמה המבוססת על חייהם של ד"ר וויליאם מאסטרס ווירג'יניה ג'ונסון שמחקרם לגבי המיניות האנושית סלל את המהפכה המינית בשנות ה-60. בפתח העונה מאסטרס מתמודד עם ההשלכות ההרסניות של המצגת שלו ואובדן מקום עבודתו.

וירג'יניה מגלה את סיפור ילדותו הקשה של מאסטרס לאחר שהשניים מקיימים פגישה סודית בבית מלון.

וירג'יניה ומאסטרס נצפים עוזבים את בית המלון על ידי לנגהאם. בינתיים, מאסטרס מנסה לצרף את וירג'יניה לעבודתו החדשה כעוזרת שלו, ואילו בטי מנסה להסתיר דברים מג'ין.

על מאסטרס נאסר להיעזר באפרו-אמריקנים במחקרו, אך הוא יוצר קשר עם עיתונאי על מנת שיעזור לו. בינתיים, וירג'יניה נאלצת לקבל את החלטתו של דה-פול לעצור את טיפולי הכימותרפיה שלה, וג'ין מגלה את האמת בנוגע ליחסים בין בטי והלן.

צוות טלוויזיה מגיע לתעד את עבודתם של מאסטרס וג'ונסון.

בפרק סיום העונה השניה, מאסטרס וג'ונסון מרגישים שהם מוכנים לרפא בעיות בתפקוד המיני, ומפרסמים את תוצאות מחקרם ברחבי העולם.