Paul Ehrlich (Edward G. Robinson) es un médico que trabaja en un hospital alemán. Es despedido por su constante desprecio por las normas del hospital, que están sujetas a trámites burocráticos. La razón de su conflicto es su creciente interés en la investigación de tinciones de color selectivas, el marcado de células y microorganismos, utilizando ciertos tintes y agentes de marcado, que, como describe en la película, tienen una cierta «afinidad» con lo que se va a teñir y nada más. Emil von Behring (Otto Kruger), a quien el Dr. Ehrlich conoce y se hace amigo, mientras experimenta con sus técnicas de tinción, está impresionado con los métodos de tinción del Dr. Ehrlich y se refiere a ellos como «tinción específica», agregando que este es uno de los mayores logros en la ciencia, especialmente para fines de diagnóstico, basado en la microscopía óptica. Después de asistir a una presentación médica de un tal Dr. Robert Koch (Albert Basserman) que muestra que la tuberculosis es una enfermedad bacteriana, Ehrlich puede obtener una muestra de la bacteria aislada. Después de un intenso tiempo de investigación y experimentación en su propio laboratorio, junto con una porción de suerte, en parte gracias a la empatía mostrada por su esposa, es capaz de desarrollar un proceso de tinción para esta bacteria. Este resultado es honrado por Koch y los círculos médicos como una contribución muy valiosa al diagnóstico.
Durante su trabajo, el Dr. Ehrlich está infectado con tuberculosis, una enfermedad que todavía se conoce como mortal. Por lo tanto, Ehrlich viaja con su esposa Hedwig (Ruth Gordon) a Egipto para recuperarse y aliviarse. Allí comienza a descubrir las propiedades del cuerpo humano con respecto a la inmunidad. Este descubrimiento ayuda a Ehrlich y a su colega el Dr. von Behring a luchar contra una epidemia de difteria que está matando a muchos niños en el país. Los dos médicos son recompensados por sus esfuerzos.
Ehrlich se concentra en el trabajo para crear sus «balas mágicas»: productos químicos inyectados en la sangre para combatir diversas enfermedades, por lo que es pionero en la quimioterapia antibiótica para enfermedades infecciosas (más tarde adoptada por otros para combatir el cáncer). El laboratorio de Ehrlich cuenta con la ayuda de varios científicos como Sahachiro Hata (Wilfred Hari). La junta médica, encabezada por el Dr. Hans Wolfert (Sig Ruman), cree que gran parte del trabajo de Ehrlich es un desperdicio de dinero y recursos y lucha por una reducción, justo cuando Ehrlich comienza a trabajar en una cura para la sífilis. Ehrlich está respaldado financieramente por la viuda del banquero judío Georg Speyer, Franziska Speyer (Maria Ouspenskaya) y después de 606 intentos, finalmente descubre el remedio para la enfermedad. Esta sustancia, primero llamada «606», ahora se conoce como Arsfenamina o Salvarsán.
La alegría del descubrimiento es de corta duración, ya que mueren 38 pacientes que reciben el tratamiento. Dr. Wolfert denuncia la cura públicamente y acusa a Ehrlich de asesinar a los que murieron a causa de la cura. A medida que la fe en la nueva cura comienza a disminuir, Ehrlich se ve obligado a demandar a Wolfert por difamación y en el proceso exonerar a 606. El Dr. von Bering (que antes le había dicho a Ehrlich que renunciara a sus sueños imposibles de curar con productos químicos), es llamado por la defensa para denunciar al 606. Von Bering, en cambio, afirma que cree que el 606 es responsable de una muerte número 39: la muerte de la sífilis en sí. Ehrlich es exonerado, pero la tensión y el estrés del juicio son demasiado para su cuerpo enfermo y muere poco después, primero diciéndole a sus asistentes y colegas sobre tomar riesgos con respecto a la medicina.
El Dr. Ehrlich es retratado, a lo largo de la película, como un hombre con gran empatía por la difícil situación de los demás, independientemente de su raza o religión: el joven que había contraído sífilis; el niño que había sido mordido por una serpiente; las tres personas que murieron de reacción anafiláctica a ‘606’. Se esfuerza por obtener comprensión científica, independientemente de su sufrimiento personal y sacrificio personal.