电视剧《帕米尔医生》以真人真事为依据，描写一位支边的医生，经历了全身心脱胎换骨的磨练，为高原人民作出的贡献。六十年代初，吴天云由江苏扬州医专毕业，为支援边疆，兴致勃勃地来到了地外新疆帕米尔高原的乌恰县，然而，这里艰苦的环境和简陋的医疗条件使他沮丧万分，认为所学知识无用武之地，便在同学王成林的鼓动下决心离开。吴天云给一位柯族患者做扁桃体切除手术，不料一做就是三个多小时，但痛苦的病人却对他毫无怨言；牧区妇女难产，他因为不会骑马而耽误了时间，赶到时产妇已死。几起事件深深触动了他的良知。医生如果治不好病人的病，救不了病人的命，还有什么存在的价值？即使是调动，没有真本事，谁又会要呢？从此，他开始学骑马，学柯尔克孜语，钻研业务。为救人，他经常把自己的鲜血输给病人。一次下乡巡诊，家里来电报，母亲病故。但是他人在天涯，又是救治一群麻疹患儿，只有忍泪朝着东方祭奠，他的医术和医德换来了当地人的信任。曾经有一面之交的师范生史华从乌鲁木齐毕业后，也来到乌恰教书，她心中暗恋着吴天云。为了进一步提高医术，领导批准吴天云回扬州进修，回来后办起了普外科，并领着柯尔克孜族医务人员在狗的身上做试验。几次手术成功，病人起死回生，使县医院的医疗水平上了台阶。然而，从家乡与他一起来的新婚妻子田桂林却不习惯乌恰的生活，哭闹着返回了老家。文革中，为抢救一个严重烧伤的柯族患儿，吴天云毅然割下自己腿上的皮，移植到了孩子的身上。柯族人尊称他是新疆的“白求恩”。一天，州上的红卫兵跑来医院揪斗卫生局长，连同吴天云和李院长也一起架走，牧民们得讯后，从四面八方汇集到一起，骑马追赶，硬是把押人的卡车给截了回来。十几年后，史华也有了自己的家庭，但田桂林却与吴天云离婚了。吴天云把两个孩子接到了身边。李院长退休，他升为医院院长，为当地的医疗建设着想，大力培养当地的柯族医生。八五年南疆大地震，人手不足，他让自己的女儿小燕子放弃报考银行职员来医院当护士。当他准备在废墟上重建梦中的新医院时，父亲癌症，他匆匆赶回家乡尽孝一周，临别时，他背着父亲走向渡口，当船儿驰离岸边时，望着病弱的父亲，想到生离死别，他不禁双膝跪的了甲板上……新的医院终于建成，吴天云带领医务人员在周围种树种花，一心要把江南的美景移到乌恰。家乡人民没有忘记他，来信慰问并希望他落叶归根，但是，在当地领导和群众挽留下，他自豪地对儿女们说：回家乡只不过多一个医生而已，而在乌恰，吴天云只有一个，柯族群众需要我。然而，爱女小燕在护送柯族患者的途中不幸遭遇车祸，老年丧女的打击使吴天云痛不欲生。柯族群众纷纷前来慰问，当年植皮患儿的父亲带着儿子、孩子前来看望吴天云，说我的儿子就是你的儿子，孙子也是你的孙子……丈夫已去世的史华，重又从乌鲁木齐回到乌恰，来到了吴天云的身边……