Ca Phẫu Thuật Của Grey (Phần 2) đào sâu vào cuộc sống riêng tư và áp lực nghề nghiệp của nhóm bác sĩ thực tập trẻ tuổi tại Bệnh viện Seattle Grace. Bước sang năm thứ hai của kỳ nội trú, từng nhân vật dần bộc lộ xuất thân cá nhân cùng những hệ quả mà các quyết định tình cảm mang lại cho con đường sự nghiệp của họ. Cốt truyện trở nên kịch tính với mối quan hệ tay ba phức tạp giữa Meredith Grey, Derek Shepherd và Addison Montgomery, song song với câu chuyện tình cảm đặc biệt giữa nữ bác sĩ Izzie Stevens và bệnh nhân Denny Duquette. Loạt phim chính kịch y khoa gồm 27 tập với thời lượng 43 phút mỗi tập, quy tụ dàn diễn viên quen thuộc như Ellen Pompeo, Chandra Wilson, James Pickens Jr., Kevin McKidd và Camilla Luddington.