女医生的秘密讲述了海军陆战队中队长伍肆（金瀚 饰）与记者唐歆（宣璐 饰）之间曲折动人的故事。唐歆在一场采访工作中初遇伍肆，对那个迷彩身影念念不忘。得益于家人的安排，两人很快重逢在一次连哄带骗的相亲局上。立志“不嫁军人”的唐歆和要为国家“奉献终身”的伍肆在较劲与磨合中互相理解，不期而同的对社会和国家的责任让两人越走越近。