Berlin, 1888. La jeune orpheline Ida, sans le sou, est opérée en urgence à l’hôpital de la Charité. Contrainte de rembourser ses frais de traitement, elle travaille à l’hôpital comme infirmière et se découvre une passion pour la médecine. À une époque où les femmes n'ont guère droit à l'enseignement supérieur, Ida affirme son esprit libre et rebelle pour vivre un avenir autodéterminé. Tout au long de son parcours, elle rencontre des médecins extraordinaires tels que Rudolf Virchow, ainsi que des chercheurs et les futurs lauréats du prix Nobel Robert Koch, Emil von Behring et Paul Ehrlich…

Ida est victime de la sévérité de la diaconesse Matron Martha et se lie d'amitié avec la jeune infirmière Thérèse. Cette dernière est attirée par Ida, tout comme l'étudiant en médecine Georg Tischendorf. Alors que le travail d'Ida à la clinique provoque chez elle un intérêt pour la médecine, Georg, talentueux artiste, est contraint d’étudier pour le bien de son père.

L'épouse du Dr Paul Ehrlich, Hedda, est prête à accoucher, mais la sage-femme n'arrive pas à faire tourner le fœtus dans la bonne direction. Lorsque le pouls de l'enfant commence à s'estomper et que la situation devient critique, il ne reste plus qu'un chirurgien à la clinique qui peut l'aider : Emil Behring. Pendant ce temps, des milliers de médecins du monde entier se rendent à Berlin à l'occasion de la Convention médicale mondiale pour entendre Koch. Son annonce prudente d'un éventuel remède contre la tuberculose provoque une vague d'enthousiasme dans la communauté médicale internationale.

Traiter des cas contagieux comporte des risques : Thérèse, atteinte de tuberculose, est invitée à quitter la Charité pour finir ses jours dans un établissement pour femmes. Pendant ce temps, Robert Koch teste son nouveau remède contre la tuberculose sur lui-même et sur son amoureuse, Hedwig. De son côté, Ida peut enfin parler de son conflit intérieur avec Hedwig : doit-elle vraiment étudier la médecine en Suisse ? Ou devrait-elle épouser Georg et devenir la femme d'un médecin ?

Le "médicament miracle" de Robert Koch parcourt le monde. Berlin est envahi par les patients et les médecins qui assiègent la Charité nuit et jour. Koch espère que sa percée lui permettra enfin d'obtenir les finances nécessaires pour divorcer et épouser Hedwige.

Un spectacle ethnologique de Carl Hagenbeck au zoo de Berlin attire un patient exotique à la Charité : une Indienne qui a attrapé la rougeole, une maladie éliminée en Allemagne par inoculation. Virchow, l'étoile incontestée de la Charité, est fasciné par l'anthropologie et accepte le patient comme objet de démonstration.