Investigando la teoría de que viajar en el tiempo era posible, el Dr. Sam Beckett entró en el acelerador de partículas cuánticas y desapareció a través del tiempo... Al despertar se encontró atrapado en el pasado, y mirándose en un espejo descubrió una imagen que no era la suya, viéndose empujado por una fuerza desconocida a cambiar la historia. Su único guía en este viaje es Al, supervisor del proyecto y de su misma época, el cual aparece en forma de holograma que sólo Sam puede ver y oír..

La historia comienza en el año 1867 y se centra en una doctora de Boston, Massachusetts, Michaela Quinn, "Dr. Mike". Después de la muerte de su padre, Dr. Mike decide marcharse a trabajar a Colorado Springs (Colorado) y abrir su propia consulta. Mientras intenta acostumbrarse a las grandes diferencias entre Boston y Colorado Springs, se hace amiga de Baron Sully, amigo de los indios, y de Charlotte Cooper, matrona y propietaria de una casa de huéspedes. Después de que Charlotte sea mordida por una serpiente, le pide a Michaela en su lecho de muerte que cuide de sus tres hijos, Matthew, Colleen y Brian. Al final Michaela se instala en el pueblo y se va adaptando a sus nueva vida como madre y como doctora, pese a la dificualtad que presenta ser una mujer y doctora en esa zona.