По сюжету выпускница московской медицинской академии Надя Чудова (Соня Присс) решает после окончания вуза работать в провинциальной больнице родного города, где однажды её спас талантливый хирург Андрей Крылов (Артём Ткаченко). Надя производит впечатление чудачки, но на самом деле обладает уникальным даром видеть болезнь с помощью синестезии — нейрологического феномена, который появился после пережитой в юности аварии. Необычные способности хоть и помогают ей в работе, но вызывают иронию и насмешки у окружающих.
«После прочтения сценария поняла, что это очень необычно. Сама я не видела такой истории на российских каналах. Мне кажется, сериал будет интересен потому, что здесь не столько про медицину и постановку диагнозов, сколько про отношения, про героиню со способностями, которые преподносятся не с мистической стороны, а как научно объяснимый факт», — признаётся Соня Присс.

Коллега исполнительницы главной роли Артём Ткаченко также снимался в медицинских сериалах, но на съёмках «Чудо-доктора» столкнулся с трудностями. «Во-первых, много терминологии, которую приходилось учить. Во-вторых, мои предыдущие роли врачей не требовали сцен, где нужно оперировать. Здесь такие сцены есть, поэтому я посещал больницу и действительно наблюдал, как вскрывают грудные клетки на настоящих операциях», — делится он.