Tras numerosos cambios en el Hospital Los Arcos, Olivia sigue siendo el centro de la trama en esta cuarta temporada. La doctora ha decidido dar un cambio radical a su carrera y se ha pasado a la especialidad del Aparato Digestivo. Mientras tanto, sigue desarrollando su maternidad con la pequeña Luz, pero el regreso de Simón se lo complica todo, ya que está dispuesto a pedir la custodia compartida.
Además Olivia deberá hacer frente a Blanca Robledo, la jefa de servicio del departamento, que no le pondrá las cosas nada fáciles. También estará muy presente en su vida Andrés Cabrera, el portavoz del consejo de dirección del hospital y Tobías Benassat, un cirujano comprometido con su trabajo y con unas ganas tremendas de vivir la vida.
A este grupo de profesionales van a unirse una serie de internos como Gabriel, Almu, Sandra, Mikel y Luigi, que estarán muy cerca de Olivia en esta etapa de aprendizaje.