"Анатомія Грей" продовжує досліджувати особисті та професійні виклики, з якими стикаються лікарі лікарні Сіетл Грейс. Відносини Мередіт і Дерека стикаються з перешкодами, коли Еддісон повертається в лікарню, змушуючи їх зіткнутися зі своїми почуттями. Дружба Іззі та Джорджа проходить випробування, коли вони стають сусідами по кімнаті, і в Іззі з'являються романтичні почуття до нього. Крістіна намагається збалансувати свої стосунки з Берком та амбіції стати кардіохірургом.
Тим часом Келлі потрапляє у складний любовний трикутник з Джорджем та його найкращим другом Алексом. Хірургічні навички Міранди Бейлі піддаються випробуванню, коли вона стикається з судовим позовом за недбалість, що ставить під загрозу її репутацію. Інтерни, серед яких Мередіт, Крістіна, Іззі, Алекс і Джордж, стикаються з серйозними викликами, змагаючись за операції і намагаючись влаштувати своє особисте життя.
Серед медичних випадків - повінь, яка занурює лікарню в хаос, залізнична аварія, що ставить лікарів під величезний тиск, і пацієнт з незвичайним захворюванням, який перевіряє навички та винахідливість команди. Сезон також заглиблюється в особисте життя лікарів, включаючи їхню боротьбу із залежністю, безпліддям і втратою близьких.
Протягом сезону лікарі переживають особистісний ріст, самопізнання та стикаються з наслідками свого вибору. Відносини випробовуються на міцність, формуються альянси, розкриваються таємниці, що призводить до драматичних та емоційних моментів, які тримають глядачів у напрузі аж до захоплюючого фіналу сезону.