1957-1990 yılları arasındaki bir dönemi anlatan masters of sex dizisinde tabu olarak görülen cinsel yaşam işleniyor. Dr. William Masters (Michael Sheen) başarılı bir jinekologdur. Asistanı, Virginia Johnson (Lizzy Caplan) ile birlikte cinsel yaşam konusunda araştırmalar yapıyorlar. Bu araştırmalarla cinsellik konusundaki tabuları yıkmaya çalışıyorlar.
Dr. William Masters o yıllarda kadın ve erkeğin seks sürecinde yaşadığı tepkimeleri araştırmaktadır. İlk olarak hayat kadınlarına bazı testler uygular. Başarılı testler sonucunda, araştırmasını daha bilimsel hale getirmek için asistanıyla birlikte hastaneye yerleşirler.
Çalışmalarını gizli şekilde yürüten doktor ve asistanın yaptıkları açığa çıkar. O dönemde seks tabu olarak görüldüğünden Dr. Masters sapıklıkla itham edilir. Fakat bundan yılmayan doktor ve asistanı çalışmalarına yılmadan devam ederler.