William Masters (Michael Sheen) jest uznanym lekarzem ginekologiem zafascynowanym studiowaniem ludzkiej seksualności. Jest jednak niespełniony w życiu prywatnym, brakuje mu umiejętności interpersonalnych, a jego badania spotykają się z niezrozumieniem ze strony kolegów. Ich wagę docenia jego nowa asystentka Virginia Johnson (Lizzy Caplan), nieskrępowana rozwódka samotnie wychowująca dzieci. Prace Mastersa i Johnson nie tylko okażą się pionierskie na polu naukowym, ale zmienią również obyczajowość i oblicze amerykańskiej popkultury.