鬱蒼とした森を抜け、怪しげなバスに乗り、山奥にぽつんと佇む虹ノ村診療所にやってきた、1人の医師・紅野真空（高畑充希）。東京の大病院の救命救急の現場からやってきた彼女には“ある秘密”があったー。 降り立った村のバス停で迎えを待っていると、まるで座敷童のような少女が真空に手招きをしていた。導かれるように、村唯一の食堂「にじいろ商店」の中へ入ると、そこにはまるで妖怪のように個性豊かな虹ノ村の村人たちが大集合していて…？ やがて案内された診療所で、「本業は農家だ」と豪語するツナギにグラサン姿のヘンテコ外科医・浅黄朔（井浦新）と、超絶優秀ながらすぐキレる若き前髪ぱっつん看護師の蒼山太陽（北村匠海）と、真空は一つ屋根の下で暮らすことになるのだが…？ たとえ、望んでいた人生と違っても。 愛する人の顔を忘れてしまっても。 医者も、患者も、人間だからー。 人生、雨あり虹あり。 全然スーパーじゃないドクターたちが織り成す、笑って泣けるチーム医療成長譚が幕をあけるー！
「わたし、嘘をついていましたー。」 ついに秘密を告白した内科医・真空（高畑充希）だが、“医者で患者、最強じゃん？”という 温かい言葉と共に、改めて、虹ノ村診療所での日々がスタートする。 翌朝、虹ノ村診療所には衝撃の大行列がズラリ!?待望の内科医の登場に、お年寄りたちは大はしゃぎ。孫についての悩みや、畑で獲れた冬瓜のプレゼントなど、診察に関係ないことまで、熱心にじっくり向き合い、寄り添う真空。往診先で出会った一人暮らしのおばあちゃん、佐和子（水野久美）からも、スマホを買ったが話す相手がいないと相談され「いつでも話し相手になる」と申し出てしまい、さっそくかかってきた電話にも丁寧に対応する始末。 期待に応えたい、と張り切る真空だが、その要領の悪さに、患者の待ち時間は増える一方…朔（井浦新）と太陽（北村匠海）の心配は募って行く。 連日の診療所の大行列に、真空自身の体調も密かに悪化してゆくが、仲間に頼ることができずにいる真空。そんなある日、ある患者の“優しい嘘”を見逃してしまう…！ まさかの診断ミス、救えるはずの命が危機に…!? 人の絆を大切にしたいだけ。なのに仲間を想う心はすれ違う――。 果たして、3人は消えゆく命を救い、チームになることができるのか…？
「私は誰なんでしょうか――？」 ある日突然、虹ノ村診療所に、いつもと様子が違う雪乃（安達祐実）が駆け込んでくる。真空（高畑充希）のことも、自分自身のことも、“なにもわからない”という雪乃に、衝撃を受ける真空。 朔（井浦新）から、雪乃は3年前から“認知症”を抱え、何度もこんな日々を繰り返しながら生きていると告げられ、動揺を隠しきれない真空。雪乃を探して診療所に駆け込んできた、夫の晴信（眞島秀和）のことも、雪乃は誰だかわからない。 “治らない病”に対してどう向き合えばよいのか、立ち尽くす真空だが、なぜか朔と太陽（北村匠海）は落ち着いた様子で…？ そんな中、ハイテンションで登場したのは雪乃の幼馴染である嵐（水野美紀）と氷月（西田尚美）。2人は、そのまま真空と雪乃を連れて“ある場所”へと誘ってゆき…？ 憧れていた人生がある。だけど、どうしようもない現実も、誰にでもある。 大人だから、医者だから、諦めようとがんばっても、つらいものはつらい。 それでも生きていく。 次々に明かされる、嵐や氷月の過去。 真空自身も、自らが隠していた“現実”と向き合うことに――。 一方、無言のまま、雪乃たちを見送った晴信は、朔や太陽、そして霧ケ谷（光石研）と共に“想い出のカツサンド”を作り始め…。 果たして、すべてを忘れてしまった雪乃の運命は…？ たとえ君が忘れても、僕が全部覚えてるから――。
朝から畑に佇み、空を見上げる朔（井浦新）。いつもと違うその様子が少し気になる真空（高畑充希）。 一方、太陽（北村匠海）は朝から“お尻”にある大問題を抱えていた。誰にも相談できず、悶絶しながら悩んでいたところ、次々に霧ケ谷（光石研）と氷月（西田尚美）や嵐（水野美紀）ら村人たちが押し寄せ、虹ノ村診療所は大騒ぎ。 そんな中、一本の電話が鳴る。隣村のキャンプ場で土砂崩れが発生――多くのけが人が出ている中で治療の優先順位を決めるトリアージをしてほしいとの要請が。急いで現場に向かうことになった真空、太陽、朔だが、その様子を見て霧ケ谷は朔に「大丈夫…？」と声をかける。笑顔で応える朔だが、心配そうな霧ケ谷の様子に、何か知っているようだと悟る真空だが…。 緊張感ただよう中、土砂崩れの現場に入った3人。年長者の朔の指示のもと、命を救うために奔走する。そんな混乱の中、ある患者の「大丈夫です」という言葉に、思わず朔は「それはあなたが決めることじゃない！」と激昂する。 ――彼の脳裏には妻・沙織（佐々木希）の姿が思い出され…。 明かされる過去。試される絆。 人はいつ、いきなり会えなくなるかわからないから。
虹ノ村に超人気バラエティ番組「ぽつんと診療所」がやってくる…！テレビ取材に張り切る村人たちだが、真空（高畑充希）は病のことや、この村にいることをまだ母親に伝えられていないとこぼす。そんな中、テレビクルーのカメラマンが足から血を流していることに、太陽（北村匠海）は気づき…？ 一方、佐和子（水野久美）の家で朔（井浦新）の涙を見て以来、なにか辛い過去があるのだろう…と察しつつも、本人が言うまでなにも聞かないと決めた真空と太陽。 そんなある日、真空は、畑で作業をする朔を窓からじっと眺めながら何やら考える太陽を見かける。どこか寂しげな表情で「ちょっとうらやましいなぁ」と呟く太陽に、その意味を測りかねる真空で…。 その夜、太陽の様子がおかしいことを察した朔は、妻・沙織（佐々木希）との過去を、ゆっくりと話しはじめる。「仲間だから気を遣わせるのは嫌なんだ」と無理して笑う朔。しかし、その話を聞いた太陽は、なぜかさらに辛そうに顔をゆがめ、寒空の中、診療所を飛び出してゆく…。 数日後、ついに虹ノ村が取材された「ぽつんと診療所」の放送日。にじいろ商店にいつものメンバーで集い、酒盛りをしていると…いつの間にか泥酔した太陽が、突如ブチ切れ始め…。 「あんたらには、わかんねえんだよ…！」 彼女は医者で患者。彼は辛い過去を生きる男。 ――じゃあ、僕はなに？ 果たして太陽の流した涙の理由とは…？
ひとり、部屋でカレンダーを眺める真空（高畑充希）、もうすぐ母親の誕生日だ。いい加減、自分の病のこと、そして虹ノ村で暮らしていることを伝えなければ…と思うが、何度もメールを打っては消し、打っては消しを繰り返してしまう。 そんなある日、雪乃（安達祐実）の記憶を確認する定期診察の日がやってくる。自分の年齢、簡単な引き算、野菜の名前などの記憶テストを行うも難なく答える雪乃だったが、ふと「こんな簡単な質問が、答えられなくなる日がくるのかな…」と不安な表情を見せる。 そこへ突然、泥だらけの日向（中野翠咲）が飛び込んでくる！息絶え絶えに「お母ちゃんとじいちゃんが…」と告げる日向。真空、太陽（北村匠海）、朔（井浦新）は慌てて診療所を飛び出し緑川家に向かうが、そこで嵐（水野美紀）・日出夫（泉谷しげる）が倒れているのを発見し…？ 一方、日向を預かって欲しいと頼まれた氷月（西田尚美）は大喜びするが、その様子を見た霧ケ谷（光石研）は少し複雑な表情を浮かべ…。 そんなある日、診療を終えた真空が突如、倒れてしまう――！？ 離れて暮らす、娘から母親へ。 一つ屋根の下で暮らす、義理の父親から、義理の娘へ。 ―――いま伝えたいことがある。 果たして真空は、お母さんに“真実”を伝えることができるのか…！
「あと、どれくらい？どれくらいしたら、私は何もわからなくなるの――？」 まだら認知症を抱える雪乃（安達祐実）は、定期健診で突如自分の年齢を答えることができなくなる。覚悟していた瞬間がまたやってきた、と真空（高畑充希）は姿勢を正し、晴信（眞島秀和）から託されていたノートの記録を雪乃に説明する。症状が出始めてから何も思い出せなくなるまで約10日…その事実に、不安そうに瞳を揺らしながらも平静を装う雪乃を、真空は気分転換に「一緒に往診に行きませんか」と誘う。 朔（井浦新）、太陽（北村匠海）と共ににじいろ号に乗り込み、佐和子（水野久美）の家を訪れる真空と雪乃。そこで雪乃は、1枚の婚礼写真を見つける。実は虹ノ村には、古くから伝わる“虹ノ洞穴”の伝統的な婚礼があったが、今ではウェディングドレスが人気で隣町の結婚式場で挙げることが多いのだと語る佐和子。雪乃もその1人だったというが、結婚式の記憶がない雪乃は顔を曇らせる。 そんな雪乃の心中を察した真空は、その夜、急遽にじいろ商店に村のみんなを召集。雪乃と晴信の結婚式を提案する。最初は戸惑う晴信だったが、愛する妻の願いを叶えたいと一念発起を決意する。 途絶えていた村の伝統行事の復活に、じじーず（泉谷しげる、モト冬樹、半海一晃）や佐和子をはじめ、当人より村人たちが大張り切り。しかし雪乃は嬉しい気持ちの一方で、認知症の症状が進行していることに不安を抱き…。 タイムリミットはあと10日。 もうすぐ僕を忘れる妻に、何を残せるだろうか。 神様、あと少しだけ、時間をください――。 雪乃と晴信は、婚礼の日を迎えることができるのか…!? ねえ、また好きになってくれる？
夜中にトイレから出てきた太陽（北村匠海）。リビングから何やら声が聞こえ、そちらに向かおうとしたところ、なんと真空（高畑充希）と朔（井浦新）が恋仲であると発覚…!?あまりの衝撃に声を出すこともできず、思わず診療所を飛び出してしまう。 パジャマのまま、朝靄の山奥を1人歩き続ける太陽。2人のことを思い出しながら、自らの過去の嫌な記憶もよみがえり…。飲み物を買ってベンチに座った太陽は、何もかも忘れるべく、イヤホンで大音量の音楽を聴いているうちに、眠りに落ちてしまう。しばらくして目覚めると、ベンチの隣には、冷たくなり心肺停止になった見知らぬ男性が…!? 現場に駆け付ける真空と朔だが、応急処置も空しく死亡が確認される。連絡をもらった霧ケ谷（光石研）も立ち合い、診療所では警察が太陽の事情聴取など行い、亡くなった身元不明の男性が「自分の失踪した夫では…？」と勘繰る嵐（水野美紀）や、雪乃（安達祐実）と氷月（西田尚美）もやってくる。 一方、霧ケ谷は“身元不明の男”の腕にあった痣に、自らの過去を思い出し…？ そんな中、「自分がもう少し早く気づいていれば、彼を救えたのではないか」と自らを責め、ひとり涙する太陽。真空と朔にも自分が抱えるモヤモヤを伝えられず、虹ノ村の仲間への違和感も募って行き…。 少しずつ狂い始める3人の距離。 この関係が永遠に続くと思っていたのに――。 果たして、身元不明の“彼”は誰だったのか…？ そして、ついに訪れた虹ノ村診療所の危機。真空、太陽、朔の絆は壊れてしまうのか!?
虹ノ村に新たな住人がやってくる――。 無口で愛想がなく、謎に包まれた1人の男性・藤田（柄本時生）。張り切りまくりの霧ケ谷（光石研）は、一軒の空き家を案内するが…？ そんな中、虹ノ村の面々は、まもなく訪れる“のど自慢大会”の準備の話題で大盛り上がり。微笑ましく聞いていた真空（高畑充希）だが、嵐（水野美紀）から「真空ちゃんの分も申し込んでおいたよ」と突如言われて唖然。なんと真空、朔（井浦新）、太陽（北村匠海）の3人で虹ノ村診療所チームとして申し込み済みだという。有無を言わさず参加することが決定し、驚きつつも嬉しい真空。だが、時おり感じる手の痺れに、一抹の不安を感じ始め…。 そして翌日。診療所に、もがき苦しむ藤田がやってくる。霧ケ谷に抱えられ「足が痛い」とうめくものの、原因がわからず首をかしげる朔。そこへ更に、脚立から落ちた西川、何やら様子がおかしい佐和子（水野久美）、そしてついには骨折したらしいまじょたく（池田良）まで現われ、緊急手術が行われることに…！ 突然嵐のように忙しくなった診療所で、真空、朔、太陽は見事なコンビネーションで次々に患者を救って行く。 「私たち、最強の3人だよね」 楽しくて、やりがいがあって、最高の仲間に恵まれて――。そんなある晩。3人が笑いながら食卓を囲んでいると、突然真空の表情が一変。そのまま床に倒れ込んでしまい……！ 別れはいつも、突然訪れる――。 医者でも患者でも、どっちでもいいよ。 お願いだから僕らのそばにいて――？ 果たして、真空の運命は…？ ありがとう、ずっと大好き――。