21世纪被人称作「大脑的时代」，本剧将通过最前沿的医药科学来对这个概念进行诠释。大脑是人类一切活动的源头——从我们爱谁，到我们的行为，再到我们的感觉。但大脑的许多方面对人类来说仍然是待解之谜，所以医生们通常将它称作「人体的黑匣子」。
Catherine Black（Kelly Reilly）是一位世界闻名的神经病学专家，供职于具有国际领先技术水平的医学研究机构「立方体」（The Cube）。Catherine聪明、美貌，在业界的成就无人能及，但她却隐藏了一个黑暗的秘密：尽管她是研究大脑的专家，但她自己却患有严重的躁郁症。她被迫将真相告诉自己的心理医生Hartramph：她已经越来越不能控制自己的这种疾病，这意味着她越来越不能控制自己的大脑和身体。
在每一集中，Catherine和她的团队将向观众在电视荧屏上从未见过的奇特病例发起挑战，但这些神秘的大脑疾病不会被轻易征服。感人的、奇妙的、怪诞的、充满视觉特效的医学故事将和主要角色的个人故事相互交织在一起。病人们的大脑通常已经进入具有高度神秘色彩的「幻觉世界」——幻觉越逼真，就说明他们所处的情况越危险。当Catherine和她的团队全力救治这些病人时，观众将通过这些病人的双眼体会到一种身临其境的感觉——一种「自己真的重病缠身」的感觉。Catherine对病人具有一种特殊的洞察力，这使得她和病人能在「更高的层次上」进行沟通交流，这是别的医生不可能拥有的「天赋」。「立方体」新来了一个名叫Ian Bickman的神秘医生，这个爱闹的同事无论从哪方面来说都和Catherine旗鼓相当。在家中，Catherine的男友催促她尽快与他完婚。可是他如果知道未婚妻有不为人知且难于控制的一面会作何决定？
