在上世纪30年代，有这样一个黑人小伙，专挑在医学院当清洁工。工作完成后，他会偷偷翻阅书架上的书籍，然后记下各种器官解剖图，把他们一手绘出来，在下班回家的路上反复温习。这是一个真实的故事，他叫维文。托马斯，没上过一天医学院，却在1944年11月29日完成了人类医学史上第一例心脏外科手术，成为现代医学的先驱。从清洁工到一代良医，托马斯的多舛命运始于这位白人外科教授。这天，教授发现了偷偷学习的托马斯，托马斯赶忙把书放了回去，可她不知道的是，教授其实留意他很久了，教授问他的罗里罗嗦，只见她用血管钳轻松夹起了试管，换成左手也同样灵活，还可以双手同时操作，这哪里是清洁工，根本就是难得的医学人才，为其就是把托马斯招为自己的助手，在那个。年代，黑人都干着最累最脏的活儿，托马斯却凭借天赋和努力得到了这份体面的工作。他穿上白大褂，第一次觉得自己的医生梦已不再遥不可及。这天，托马斯发现他存钱的那家银行倒闭了，为了学医辛苦攒了七年的钱就这样没了。
接下来几天，托马斯都郁郁寡欢，魂不守舍的。教授却说学医不一定要上医学院，在这里就可以教授放手让托马斯进行实验操作。而托马斯也确实有天赋，短短几周就已经能熟练喂小狗、打麻药、做动脉穿刺。他还自学了解剖学、生理学，认真钻研各种实验。之后的日子，托马斯和教授一起证明了休克是由于失血过多导致的，需要输入大量血液。这一发现拯救了成千上万的二战伤兵，教授也因此名声大噪。但在那个黑人歧视严重的年代，就说不敢让人知道托马斯是自己的助手，甚至在庆功宴当晚，他也只能打扮成服务员跟在教授身边。听着大家对教授的夸赞，回家后妻子及托马斯感到不值，她却说如果没有教授的知遇之恩。没有现在的他。几年后，教授为世界顶级的霍普金斯医学院聘请为外科系主任，在他的强烈要求下，托马斯也被聘请了。
看着墙上医学先驱的画像，教授信心十足，说终有一天他的画像也会挂在这里。两人有说有笑，这样往里走，却突然被保安叫住。他说，黑人不能走正门，必须从后门进。托马斯没有反抗，默默走过了那座象征平等博爱的基督雕像。所谓平等，从来都是把黑人剔除在外。
在世界顶尖的霍普金斯医学院，黑人托马斯一出现就迎来所有白人鄙夷的眼光。不仅如此，就连黑人同胞也对她上下打量，仿佛这件白大褂不被穿在她身上。但托马斯从不理会这些眼光，而是埋头做医学研究。这天，他来到心脏科查房，发现这里的孩子都脸色惨白，蹲坐在床上。同事说他们都患有莱茵镇，这是婴儿期常见的一种先天性心脏病，因为通往肺部的主动脉阻塞，患者长期缺氧，脸色发蓝发紫。在当时，心脏手术是一个世界难题，因为无法救治，蓝营镇的死亡率高达可怕的100%。
看到这些可怜的小孩，托马斯和教授开始研究心脏手术的可行性，他们用小狗做实验，先让他们换上莱茵正，再找治疗的手术方法。然而，小狗的心脏非常小血管，但是只有三到四毫米，而当时还没有这么精细的手术器具。好在托马斯当过木匠，动手能力很强，他自制了很多比常规尺寸小的工具，甚至自己组装了一台呼吸机。这天，托马斯正在给小狗做手术，一个医学博士路过。看到奇奇怪怪的工具很是惊讶，但更让他惊讶的是，托马斯在手术时竟然是闭着眼的。上百次的实验让托马斯对心脏血管的分布了然于心，达到了庖丁解牛的境界。不是不经说道，让他成为国际上摊第一次得到同行的认可，托马斯默默笑了。不久，托马斯成功在小狗身上复制出来一个症状。接下来是治疗阶段，两人讨论了很久，最终决定用一根人工导管连通心脏动脉和肺动脉，让更多血液供应到肺部。
为了确保万无一失，托马斯和教授几个月来都泡在实验室里，先后为200多只小狗做手术，不断完善手术细节。当一对夫妻得知这个消息后，他们找到教授，想让自己的女儿成为首例人体实验对象。面对100%死亡率的兰英镇，这是他们唯一的希望，教授同意了。消息一传出，同事都劝教授不要冒险，一旦手术失败，在医学界它就再无立足之地。就连神父也跑来劝阻，他就这样顶着巨大压力赌上前程。教授和托马斯开始了一学期，第一例，心脏外科手术。
手术过程中，教授还经常向黑人请教，就连用什么手术刀具都听从黑人指导。手术在困惑中接近尾声，可在缝合时，病人的血压不断下降，所有人都精神紧绷，直到手术结束的那一刻，病人原本法子的脸庞竟慢慢红润起来。这意味着手术成功了。这对合作几十年的黑白搭档，亲手缔造了神迹，完成了人类医学史上第一例心脏外科手术，所有人都为他们欢呼，自此教授功成名就。可同事的一番话刺痛了教授的自尊心，在之后的媒体采访中，教授没有提及托马斯的贡献，独自享受了这份赞誉，这项手术也以他的名字命名为BT。风云数医学界还举办了盛大的宴会了，张教授的医学成就，托马斯依旧是只能打扮成服务员才能混进去，教授满面春风在台上发言，这些每个白人同事车唯独对托马斯只字不提。托马斯心灰意冷，默默地走了。
托马斯递了辞呈，教授很不理解，托马斯冷冷地说道，也许之后托马斯成为一名推销员，生活也还过得去，甚至工资比在医院高，但他还是想念潜心做医学研究的日子。妻子告诉他，坚持自己的理想回去并不意味着妥协，只是因为对医学的热爱。妻子的鼓励让托马斯下定决心再次统一。他回到医学院，见到教授，没有任何指责，以平静的方式和解。在接下来的20年里，托马斯都坚守在岗位，培养了十几个优秀的外科医生。而教授患上了癌症，身体越来越虚弱。这天，他找到托马斯，说了很多话，还让托马斯把他推到自己的画像面前。他意气风发，他挣扎着站起来，缓缓地走开了。那是教授留给托马斯最后的背影。
托马斯得知后，半天没缓过来。他们亦师亦友，合作共事几十年，如今故人已去，只留他一个人继续着他们未完的医学研究。几十名持续不断对医学和培养人才的贡献，终于让托马斯赢得所有人的尊重。1976年，霍普金斯大学授予他荣誉博士学位，因为他绘制了巨幅画像，这是第一个获得这种殊荣的黑人。现实中，白人教授阿尔弗雷德。布雷拉克和黑人良医维文托马斯的画像，并且挂在霍普金斯大学的走廊上，成为供人们瞻仰的医学先驱。这部电影名叫神器。其实，哪有什么神器，有的只是那些对生命心怀敬畏，甘愿为医学奉献一生的人。
