Dr. Martin Ellingham (Martin Clunes), um cirurgião vascular brilhante e bem sucedido no Imperial College de Londres, desenvolve hemophobia (medo de sangue), forçando-o a parar de praticar a cirurgia. Ele obtém um posto como o médico de uma clínica geral em sonolenta aldeia chamada Portwenn, onde passou suas férias da infância com sua tia Joan (Stephanie Cole). Ao chegar em Portwenn, Ellingham - que, para sua frustração, é chamado de "Doc Martin" - encontra a clinica em desordem. Ele herda uma incompetente recepcionista, Elaine Denham (Lucy Punch).
O espetáculo gira em torno de interações de Ellingham com os moradores locais Cornish. Apesar de seu brilho médico, Ellingham é rude, mal-educado e não tem habilidades sociais. Ele também tem dificuldade para expressar seus sentimentos românticos para a professor de escola primária Louisa Glasson (Caroline Catz), muitas vezes estragando um momento de ternura rara com um comentário desagradável.