《帕米尔医生》的剧情概述如下：
初到边疆：六十年代初，吴天云从江苏扬州医专毕业后，为支援边疆来到新疆帕米尔高原的乌恰县。初到时，面对艰苦的环境和简陋的医疗条件，他感到沮丧并打算离开。
转变与成长：几起医疗事件深深触动了吴天云的良知，他开始学习骑马、柯尔克孜语，并钻研医疗业务。他经常为救人输血，甚至在一次下乡巡诊时，因母亲病故而未能回家，只能忍泪祭奠。他的医术和医德逐渐赢得了当地人的信任。
爱情与事业：师范生史华来到乌恰教书，并暗恋着吴天云。吴天云回扬州进修后，回来办起了普外科，并带领柯尔克孜族医务人员进行医疗试验，提高了县医院的医疗水平。然而，他的新婚妻子田桂林却不习惯乌恰的生活，返回了老家。
文革中的坚守：文革期间，吴天云为抢救一个严重烧伤的柯族患儿，毅然割下自己腿上的皮进行移植，被誉为新疆的“白求恩”。当他被红卫兵揪斗时，牧民们骑马追赶，成功将他救回。
家庭与责任：十几年后，史华有了自己的家庭，而田桂林与吴天云离婚。吴天云将两个孩子接到身边，并升为医院院长。在八五年南疆大地震中，他让自己的女儿小燕子放弃报考银行职员来医院当护士。然而，爱女小燕在护送柯族患者的途中不幸遭遇车祸身亡，给吴天云带来巨大打击。
晚年生活：新的医院建成后，吴天云带领医务人员在周围种树种花，致力于改善医院环境。尽管家乡人民希望他落叶归根，但在当地领导和群众的挽留下，他选择留在乌恰。最终，丈夫已去世的史华回到乌恰，来到了吴天云的身边。
