Negli Stati Uniti d'America a cavallo fra gli anni cinquanta e sessanta, William Masters, un brillante scienziato non più in contatto con i propri sentimenti, sceglie come sua aiutante Virginia Johnson, una psicologa e madre single in anticipo sui tempi, per condurre uno studio controverso riguardo alla fisiologia sessuale umana esaminando atti sessuali compiuti da volontari. Assecondati nel progetto da Betty, una prostituta, e dai dottori Austin Langham ed Ethan Haas, questi pionieri insegnano a se stessi e all'America come godersi il sesso e scoprire senza sensi di colpa le meraviglie dell'intimità