Сезон по-прежнему был посвящен хирургической ординатуре пяти молодых врачей, которые стремились найти равновесие между вызовами своей профессиональной конкуренции и сложностями личной жизни. События разворачивались в вымышленной больнице Сиэтл Грейс, находящейся в городе Сиэтле, штат Вашингтон. В первом сезоне основное внимание было уделено неожиданному влиянию операционной на судьбы главных героев. Однако второй сезон предоставил читателю более глубокий взгляд на личное прошлое каждого персонажа, сосредоточив интерес на последствиях их решений для карьеры и личной жизни.
На протяжении всего сезона возникали новые сюжетные линии, среди которых наиболее значимой стала история любовного треугольника между Мередит Грей, Дереком Шепардом и Эддисон Монтгомери – центральная интрига сезона. Также значительное развитие получила линия отношений Иззи Стивенс с пациентом Денни Дюкеттом, что вызвало одобрение критиков и положительные отклики у поклонников сериала.
