《最后诊断》讲述了一段充满悬疑与爱情的故事。田大宇在结婚前体检时发现脑部有轻微肿瘤，未婚妻、刑警郝敏带他到医院进行手术。手术由海归博士沈知鱼主刀，原本是常规的外科手术，但由于术后用药被医生马培德动了手脚，田大宇不幸身亡。沈知鱼对此毫不知情，内心充满愧疚，医院也停止了他的处方权。郝敏起初痛恨沈知鱼，但凭借刑警的直觉和分析，她逐渐怀疑未婚夫的死并非单纯的医疗事故，开始对沈知鱼改观。与此同时，沈知鱼发现护士长杜娟似乎知晓某些内情。杜娟一直暗恋马培德，但马培德却喜欢叶如琴。当马培德得知杜娟掌握了他下黑手的罪证后，开始对她大献殷勤，但杜娟在良心的拷问下决定揭露真相。马培德狗急跳墙，再次对杜娟下手。郝敏和沈知鱼从中嗅到了阴谋的气息，逐渐揭开真相的面纱。