Le Dr. Marcus Welby, un médecin généraliste d'âge mûr et bienveillant, pratique une médecine holistique et humaine à Santa Monica, en Californie. Il est souvent en désaccord avec son jeune associé, le Dr. Steven Kiley, plus conventionnel et technophile. La série explore des cas médicaux variés, mais se concentre surtout sur les aspects humains et émotionnels de la maladie, les relations patient-médecin, et les dilemmes éthiques.