1年半前、不慮の事故で脳を損傷した脳外科医の川内ミヤビ（杉咲花）は、過去2年間の記憶をすべて失い、新しい記憶も1日限り、寝て起きたら前日の記憶がなくなってしまう記憶障害に。
毎朝5時に起きて机の上の日記を読み、失った記憶を覚え直すことから1日が始まる。
現在は、関東医科大学病院脳神経外科の教授・大迫紘一（井浦新）の治療を受けながら、記憶をなくす前の研修先だった丘陵セントラル病院に勤務しているが、医療行為は一切行わず、看護助手として働いている。
そんなある日、アメリカ帰りの脳外科医・三瓶友治（若葉竜也）が新たに着任し、ミヤビが院内を案内していると、急患が運び込まれてくる。
患者は俳優の赤嶺レナ（中村映里子）で、検査の結果、脳梗塞と判明。夫でマネージャーの江本博嗣（風間俊介）の同意を得て、すぐさま治療が行われることになる。
三瓶はミヤビにも手伝うよう指示するが、看護師長の津幡玲子（吉瀬美智子）がそれを制止。三瓶は、治療後、救急部長の星前宏太（千葉雄大）から、ミヤビが記憶障害であることを聞かされる。
治療を受けたレナは目を覚ましたものの、言葉を出すことがほとんどできず、後遺症による失語症と診断。俳優として絶望的な状況を目の当たりにしながら、何もできない自分にミヤビは葛藤する。
そんなミヤビに、三瓶は記憶障害のことを知ったうえで、「人手が足りないんだから、できることはやってもらわなきゃ困る」と言い放ち、ミヤビにも医師として診察や診断をさせるよう、院長の藤堂利幸（安井順平）に直談判して…。
＜『アンメット ある脳外科医の日記』第1話予告＞ ＜『アンメット ある脳外科医の日記』第1話予告＞
