Dans les années 1970, au Chili, Mike et Mary semblent former un couple sans histoires. Ils travaillent en réalité sous couverture : Mike pour la CIA et Mary pour la police politique chilienne. Ensemble, ils effectuent des missions secrètes.
Dans les années 50, à Saint-Louis, dans le Missouri, William Masters, gynécologue à succès, souhaite mener une étude sur la sexualité humaine. Il embauche une nouvelle secrétaire, Virginia Johnson, qui devient vite son associée.
1973. Onerva, 23 ans, est une jeune femme idéaliste, mais sa famille la trouve trop exaltée. Internée dans un sanatorium situé sur une île finlandaise, elle doit prendre part à une thérapie expérimentale menée par le docteur Lundsten.