1994年，朝鲜国家主席金日成病危，韩国国会议员张硕周（
千浩振饰），为避免美国趁机对朝鲜开战而影响到韩国的和平，委托胸腔外科权威朴哲（
金相中饰）为金日成做心脏手术。作为韩国的国民，朴哲感到十分为难，但在政府的施压下，朴哲逼不得已带着年幼的儿子朴勋（
李钟硕饰）前往朝鲜。怎料完成手术后，张硕周并没有安排朴哲父子回韩国，两父子更被朝鲜高官威逼留在朝鲜生活。
长大后的朴勋跟父亲一样成为了一名出色的胸腔外科医生，朴勋有一青梅竹马情人宋在熙（
陈世妍饰），二人更订下婚约。可是在熙无故被捉走，朴勋又被逼到医疗研究所工作，做了许多违背医德的残忍实验。朴勋一直寻找在熙的下落，五年后，朴勋却发现在熙竟是其临床实验对象。在朴哲的安排下，他与在熙得到前往布达佩斯的机会，二人逃亡时，却被朝鲜政府人员追捕，在熙中枪堕海失踪。
其后朴勋几经波折成功“脱北”回到韩国，并因缘际会下加入明宇大学医院担任医生，朴勋在医院无意中看到貌似在熙的身影，锲而不舍追寻在熙下落的同时，在朝鲜长大的朴勋还得以一个异乡人的身份，对抗医院内的权力斗争和政治阴谋。
该剧不但由陈赫执导，还同时配备了李钟硕和朴海镇共同主演，在剧情是否好看之前，就足够吸引两位的庞大女性粉丝群的关注了。导演陈赫继《城市猎人》后，再度在《Doctor异乡人》的开篇抛出了南北韩话题，而故事开头部分展现的朝鲜通过活人实验进行医学研究等重口味虚构内容，视觉冲击极其强烈，也为故事的后续发展埋下了伏笔。（搜狐韩娱评）
虽然初恋宋在熙是编剧从一开始给朴勋设定的命运般相遇的恋人，但随着剧情的发展，故事似乎并不是围绕着谍战医疗展开，而是围绕着奇怪的初恋梗展开，把好好的医疗剧拍成了作死的爱情剧。同时，编剧为朴勋这个角色设定了马景涛式的情感表达方式，一个天才技术流出身的外科医生，居然有着动辄就嚎啕哭吼的情感表达方式，如果说通过这样的方式为主角的真性情做性格定位，那编剧也实在是弱爆了。戏份总是有着跳跃性安排的朴海镇和姜素拉的角色也被不少观众诟病着。（搜狐韩娱评）
该剧编剧以一种好似“随时可能失控”的模式描述剧中的每个人物和每段剧情的进展，医生不像医生，特务不像特务，政治人物不像政治人物，每埋下一个剧情的伏笔都要用一个很另类的转折来圆场，演员演得很分裂，观众看得很崩溃。（搜狐韩娱评）