五十嵐唯織（窪田正孝）は、「写真には必ず真実が映る」と信じる診療放射線技師。アメリカで最も権威ある放射線科医・ピレス教授から才能を認められた唯織は、ずっと思いを寄せていた幼なじみの甘春杏（本田翼）が放射線科医として勤務する甘春総合病院に採用された。医師免許も持つ唯織は、その天才的な読影能力を発揮すると、新人放射線技師の広瀬裕乃（広瀬アリス）や、放射線技師長の小野寺俊夫（遠藤憲一）ら『ラジエーションハウス』の仲間たちと力を合わせ、数々の患者の命を救った。ピレス教授から、人工知能を使った読影補助ソフトの開発プロジェクトに誘われた唯織は、渡米を決意し、仲間たちに別れを告げた。杏は、そんな唯織に「あなたが手出しできないくらい優秀な放射線科医になってみせます。だから……必ず戻ってきてください」と約束する――。その約束から2年後。プロジェクトがひと段落した唯織は、日本に帰国し、甘春総合病院への復帰を望んでいた。だが、甘春総合病院は、院長だった大森渚（和久井映見）が研究目的で唯織と同じワシントン大学に移ると、後を引き継いだ新院長の灰島将人（髙嶋政宏）が病院の合理化を実施。放射線科医はいらないと言い出して、読影はすべて外部の『遠隔画像診断センター』に委託してしまう。それに伴い、ラジエーションハウスも規模を縮小され、黒羽たまき（山口紗弥加）、軒下吾郎（浜野謙太）、威能圭（丸山智己）、悠木倫（矢野聖人）は、甘春総合病院を辞めてそれぞれ別の病院などに転職していた。ある日、ヴァイオリニストの宝生真凛がリサイタル中に倒れるという事態が起きる。客席にいた灰島は、彼女を甘春総合病院へと救急搬送する。一方、ラジエーションハウスで田中福男（八嶋智人）らと働く裕乃は、最近様子がおかしかった小野寺が認知症予備軍と診断されたことを知り、たまきや軒下らに助けを求める。小野寺が今まで通りに仕事を続けていくためには周りのサポートが必要、と考えたからだった。しかし、たまきたちの反応は冷たく……。

唯織（窪田正孝）たちのもとへ、陸上大会中にてんかん発作を起こして転倒し、頭部を強打したという12歳の小学生のCT検査依頼が入る。その小学生・速川走太（長野蒼大）は、ともに陸上のオリンピック選手だった一郎（眞島秀和）と叶恵（入山法子）を両親に持ち、ひとつ下の妹・花恋（白鳥玉季）とともに数々の大会で優勝するなど、日本陸上界の未来を担う才能として注目されている選手だった。走太は、てんかんの治療中で、以前から甘春総合病院の脳外科に通院していた。走太のCT画像を読影した杏（本田翼）は、薬物療法が上手くいかなくなっているため、外科手術を選択する可能性に言及する。そこで唯織は、少しでも治療の選択肢を増やすために、詳しい検査をしてはどうかと提案するが……。同じころ、裕乃（広瀬アリス）は、庭木の手入れ中に転落したという患者・柳田哲平（きたろう）の検査を担当する。だが柳田は異常もないのに、いちいち大げさに騒ぎ立て、裕乃を困惑させる。「世の中には、どうしても治したくても、治せない人だっているのに…」。そんな世の中の不条理に憤りも覚える裕乃だったが……。

唯織（窪田正孝）は、辻村（鈴木伸之）が杏（本田翼）を美術館デートに誘ったと知り、動揺していた。唯織の前にやってきた辻村は、杏に思いを伝えたことを明かすと、「僕の方が一歩リードです」と告げる。同じ頃、軒下（浜野謙太）は、マッチングアプリで知り合った絶世の美女からデートの約束をすっぽかされて荒れていた。その日、軒下は、右足にギプスをはめた入院患者・荒井和真（萩原利久）のレントゲン検査をする。その際、和真に付き添っていた幼なじみの宮本すみれ（堀田真由）が、軒下のIDを見て、声をかけてきた。軒下とのデートをすっぽかした絶世の美女とは、すみれだったのだ。すみれは、和真がスケートボードの練習中に転倒してケガをしたと聞き、病院まで付き添ったせいでデートに行けなかったことを軒下にわびると、「早くお会いしたいと思っていた」と偶然の出会いを喜んだ。事情を知り、すっかりご機嫌になる軒下。すみれは、「埋め合わせがしたい」と言って軒下をデートに誘う。そんな折、唯織は、すみれが和真と別の入院患者を見間違える場面に出くわす。するとそのとき、近くにいた外来患者の丸井耕吉（温水洋一）が激しくせき込んで倒れた。唯織たちは、ただちに丸井のレントゲン検査を行うが、喫煙歴50年という丸井の右下肺には腫瘤（しゅりゅう）影が見られ……。

唯織（窪田正孝）たち、ラジエーションハウス共用の冷蔵庫が故障した。ちょうど病院では、経営陣に新たな医療機器や備品の購入許可を求める『備品選定委員会』が開催されていた。技師長の小野寺（遠藤憲一）は、そこで冷蔵庫を申請するが、院長の灰島（髙嶋政宏）から、「それ相応の成果を出してからにしろ」と言われ取り合ってもらえない。そんな折、灰島から呼び出しを受けた小野寺は、人件費削減のため、技師の中から早期退職者を1人選ぶよう命じられる。だが小野寺はそれを拒否。他のことならどんなことでもやるので考え直してほしいと訴えた。すると灰島は、セレブをターゲットに、高いサービスを提供するプレミアム人間ドックの導入を指示する。その話を受けた小野寺は、早期退職者を選べと言われた話を伏せ、プレミアム人間ドックを運営する『帝光クリニック』の見学をラジハの面々に提案する。一泊二日で温泉付き高級旅館に行ける、と聞いて同行を希望する技師たち。すると、杏（本田翼）も見学に行きたいと願い出る。クジ引きの結果、唯織、杏、裕乃（広瀬アリス）、田中（八嶋智人）、そして小野寺の5名が帝光クリニックへ行くことに。プレミアム人間ドックの至れり尽くせりのサービスに満足する5名。そんな中、あるトラブルが発生。今後のラジエーションハウスの方針について、「金がないとやっていけない」とお金に執着する技師長・小野寺の心変わりに、違和感を覚えた唯織たちは……。

杏（本田翼）をめぐる唯織（窪田正孝）と辻村（鈴木伸之）の静かなバトルが続いていた。ある日、辻村は、唯織の目の前で杏を誘い、一緒にランチに出かける。すると灰島（髙嶋政宏）から、至急戻るよう連絡が入る。辻村が、医療過誤で訴えられたのだ。同じころ、ラジエーションハウスでは、田中（八嶋智人）が男性患者のMRI検査を行っていた。そのようすを見ていた軒下（浜野謙太）は、自分が撮り直すといって患者・武藤健（片寄涼太）の許可をもらい、再検査を行う。実は、辻村を医療過誤で訴えたのは、この武藤という弁護士だった。武藤は、精密検査を受けるという形で甘春総合病院に入り込み、スタッフの仕事ぶりや設備をチェックしていた。武藤は、辻村が重大な病気を見逃した、とだけ告げると、思い当たることがあったら連絡してほしいとラジハメンバーたちに頼む。エリートである医師は過ちを認めず、保身のためには隠ぺいにも手を染めるものだと決めつける武藤。ラジハメンバーのもとを訪れたのも、地位や名誉とは無縁のスタッフならば本当のことを話してくれると信じているからだという。自分たちを見下すような武藤の発言に不快感を抱く裕乃（広瀬アリス）やたまき（山口紗弥加）たち。そんな武藤には、医師たちを敵視するある理由があり……。

唯織（窪田正孝）のもとへ、杏（本田翼）の父親で、離島で診療所を開いている正一（佐戸井けん太）が突然訪ねてくる。唯織に1枚の画像を見せる正一。そこには、かなり進行しており、外科手術も不可能なすい臓がんが…。同じ頃、悠木（矢野聖人）は、昼食の時間も惜しんでIVRの動画を見るなど、熱心に勉強を続けていた。そこにやってきた鏑木（浅野和之）は、悠木に対して一部の患者から苦情が寄せられていることを告げ、勤務態度を改めるよう指示。技師長不在のため、「技師長代理」を急遽任されたたまき（山口紗弥加）も悠木を注意するが、悠木は愛想をよくするより、時間通り正確な検査をする方が患者のためだ、と反発して…。そんな中、心筋梗塞を起こし、路上で倒れていた男性・今井陽一（戸塚純貴）が緊急搬送されてくる。陽一は26歳という若さだったが、精巣ガンが全身に転移しており、抗がん剤治療も効果が見られなかったため、現在は痛みを和らげる緩和ケアに切り替えていた。心筋梗塞を起こしたのも、抗がん剤の影響で血管が詰まりやすくなっていたためと思われた。一方、杏は、正一からすい臓がんであることを告げられる。だが正一は、積極的な治療を受けるつもりはないという。島に渡ったとき、最後まで白衣を脱がないと決めた、患者ではなく医師であり続けたい、という正一。杏はショックを受けながらも、別の病気である可能性を信じようとするが…。

杏（本田翼）のインタビューが掲載された雑誌が発売された。放射線科医のやりがいについて話す杏の生き生きとした笑顔の写真に思わず夢中になる唯織（窪田正孝）。同じ頃、裕乃（広瀬アリス）は、鏡に映る自分の頭皮に10円玉大に毛が抜けている部分を発見し、激しいショックを受けていた。そんな裕乃のもとへ、高校時代の担任だった熊田太志（おかやまはじめ）がやってくる。学校で具合が悪くなった生徒に付き添って病院へやってきたという熊田は、そのついでに、裕乃に母校での講演会を依頼。進路に悩む後輩たちに、放射線技師の仕事について話してほしいというのだ。そこで唯織は、講演の参考になればと杏の記事が載っている雑誌を裕乃に手渡す。「恋に仕事に負けっぱなしだな」と軒下（浜野謙太）に言われ、劣等感が募る裕乃。ほどなく裕乃は、熊田が連れてきた女子高生・花倉乃愛（吉川愛）の検査を担当する。乃愛は、3ヵ月ほど前から急にふらつくようになったらしい。痩せてはいたが下腹だけがポッコリと出ている乃愛は、それを隠すように手で押さえていた。乃愛のMRI検査を見守っていた唯織は、検査室に入るなり「妊娠している可能性はないかな？」と乃愛に尋ねる。妊娠なんてあり得ないと乃愛が怒ると、今度は、乃愛の頭を見て、ウイッグなどは付けていないか、と言い出す唯織。実はウイッグを付けていた乃愛が仕方なくそれを外すと、なんと彼女の髪は白髪交じりのグレーヘアで……。

「僕がずっと心から尊敬している医者は、甘春先生…あなたですから」。唯織（窪田正孝）から言われた言葉が頭から離れない杏（本田翼）。その唯織が研究チームの一員だったピレス教授の研究室のサイトを見ていた杏は、『留学生募集』の文字に目を止める。一方、田中（八嶋智人）は、最新の撮影技術を考案した、と言って脳外科医の渋谷（野間口徹）に自分を売り込んでいた。だが田中は、基礎が身についてないことを渋谷に指摘され、すっかり落ち込んでしまう。そんな田中に追い打ちをかけるかのように、別れた妻・幸子（猫背椿）から、再婚することになったというメールが届き……。ある日、ラジエーションハウスに、医療メーカーの営業マン・山田福造（石井正則）がやってくる。山田は造影剤の販売を担当しているが、十分在庫があるという理由から小野寺（遠藤憲一）に追い返されていた。帰ろうとしていた山田だったが、唯織に声をかけられる。唯織は、彼の左耳が聞こえにくくなっているのではないかと気づいて……。そんな折、田中は、ひょんなことから山田と知り合う。同じ“福”という字がある名前にも関わらず、不幸続きだという境遇も似ていることから意気投合するふたり。その際、山田は、実家で寿司職人をしている父親から跡を継いでほしいと言われていることを明かすと、冗談で一緒にやらないかと田中を誘う。元妻に再婚され、傷心の田中は、その話に食いつき…。

唯織（窪田正孝）たちのもとを訪れた渚（和久井映見）は、胎児の心エコー画像を見せ、協力を求めた。この胎児は、「純型肺動脈閉鎖症」を起こして心臓から肺に血液が行かなくなっており、場合によっては生後もって数日の命だった。母親は、503号室に入院中の妊婦・池田しずく（伊藤歩）。しずくは、心臓カテーテルでの治療を望んでいるという。そのためには心臓を正確に把握できる画像が必要だというのだ。するとそこに、鏑木（浅野和之）が現れ、渚をこの患者の担当から外すと告げる。灰島（髙嶋政宏）の決定だった。灰島は、新生児への心臓カテーテル治療は前例がないと言って認めず、外科手術で対処するよう指示していた。裕乃（広瀬アリス）たちは、何故渚がカテーテル治療にこだわるのか疑問を抱く。実績のある外科的アプローチの方が無難な選択肢だからだ。そこで唯織は、循環器内科が専門の渚が、ワシントンに留学中、小児の心臓カテーテルについて学んでいたことに触れる。唯織が理由を尋ねても、渚は知見を広げたいとしか言わなかったらしい。そんな中、しずくのカルテに胎児の腹部エコー画像が追加される。それを見て何かに気づいた唯織は、渚のもとへ向かった。その途中、唯織は、郷田一平（工藤阿須加）という男から、眼科はどこかと尋ねられる。その際、一平は、唯織の顔を見つめると、どこかで会ったことはないかと言い出し……。

唯織（窪田正孝）と杏（本田翼）は、小学校の同級生だった郷田一平（工藤阿須加）との再会を果たす。唯織との記憶を失っていた杏は、唯織が同じ小学校の同級生だったという一平の言葉で、過去の記憶を思い起こそうとする。杏の記憶がよみがえるかと思われたその時、一平は突然意識を失って倒れてしまう。頭部CT検査の結果、一平の左中大脳動脈に血栓閉塞が見つかる。その時、一平が甘春総合病院で眼科や皮膚科、消化器内科など、いくつもの科を受診していることが発覚。杏たちは、何か別の病気が隠れている可能性を考えて追加の検査を行うことに。軒下（浜野謙太）は、各科の担当医に、急患のためオーダーを受けていた検査が遅れることを説明し、頭を下げた。それに対し、脳外ばかり優先されている、と反発する医師たち。というのも、院長の灰島（髙嶋政宏）が今年度の収支データをもとに来年度の予算を決めると発表したためだった。一平の病室を訪れる唯織。そこで一平は、唯織の存在を忘れていた杏のことに触れる。杏は、転校する唯織を駅まで見送りに行った帰りに事故に遭い、そこで兄を失っていたのだ。「唯織はね、世界一のカメラマンになって、私のお手伝いをするの」。幼い頃に結んだ杏との約束。夢をかなえて今この場にいる喜びを分かち合いたい。しかし自分を思い出すということは、杏にとって記憶にふたをしたつらい思い出も一緒に思い出すことになる――唯織の選択は……。

幼い頃に交わした唯織（窪田正孝）との「約束」を思い出した杏（本田翼）は、ワシントンへ留学する。かつて唯織もチームの一員だった、放射線科医の権威・ピレス教授のもとで学ぶためだった。ある日、いつものように仕事に追われていたラジハメンバーのもとに、小野寺（遠藤憲一）の息子・大樹（田中奏生）がやってくる。小野寺は休みだったが、大樹は、冬期講習の振込用紙を取り出すと、「必ず振り込むよう、父に伝えておいてください」と裕乃（広瀬アリス）たちに頼む。もうすぐ受験生だという大樹は、ふいに「みなさんはどうして放射線技師になったのですか？」と裕乃やたまき（山口紗弥加）たちに尋ねた。が、すぐに照れたような顔で「あ、やっぱり何でもないです。今のは忘れてください」と取り消す。そんな大樹の様子を見て、彼が父親の背中に憧れて同じ職業を目指そうとしていると思ったラジハメンバーは、帰ろうとしている彼を呼び止め、技師の仕事を見学していかないか、と提案する。そこでたまきは、裕乃にその案内役を任せることにするが…。