Na sua juventude no interior dos Estados Unidos, Martin Arrowsmith passava o tempo folheando um exemplar de Anatomia de Gray no consultório do velho médico beberrão de quem era assistente. Voltaremos a encontrá-lo anos depois, imerso nos estudos de medicina na universidade. Lá ele aprende com seus professores mais prestigiados que o que um grande médico precisa mesmo é gozar de boas relações, um consultório perto da linha do bonde e um número de telefone fácil de lembrar. Por outro lado, é lá também que ele conhece o casmurro Dr. Gottlieb, um renomado professor alemão que vê com escárnio o mercantilismo dos colegas influentes e exige dos alunos dedicação total à ciência. Os diferentes caminhos à frente de Martin em sua jornada rumo à realização pessoal dão a tona deste romance escrito na alvorada da medicina moderna. O agora recém-formado Doutor Arrowsmith se vê às voltas com as perspectivas de se tornar um pacato médico de interior, suar a camisa em um hospital público de cidade grande, dedicar-se à pesquisa farmacêutica em um grande laboratório ou à busca altruísta pela cura de uma pandemia tropical, e a lista segue. Cada fracasso o ensina algo a evitar na tentativa seguinte. Cada direção o coloca diante de novos mentores, afetos e desafetos, numa colorida galeria de personagens engraçadíssimos. Cada nova peripécia o devolve àquele tipo de trabalho "cujo fim é gratificante pelo simples fato de não ter fim".