ในยุค 1950s ดร.วิลเลียม มาสเตอร์ส นักวิจัยด้านเพศศาสตร์ผู้เคร่งครัด ได้ชักชวนเวอร์จิเนีย จอห์นสัน ผู้ช่วยสาวสวยและเฉียบแหลมมาร่วมงานวิจัยลับเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางกายของมนุษย์ขณะมีเพศสัมพันธ์ ท่ามกลางสังคมอเมริกันที่เคร่งครัด พวกเขาต้องเผชิญทั้งแรงกดดันจากสถาบันและความตึงเครียดทางอารมณ์ที่เริ่มก่อตัวขึ้นระหว่างกัน ขณะที่การทดลองในห้องปฏิบัติการค่อยๆ เผยให้เห็นความจริงที่ซับซ้อนของความปรารถนาและความสัมพันธ์ของมนุษย์