Phần phim tiếp tục đưa khán giả dõi theo chặng đường đầy thử thách của đội ngũ y bác sĩ tại bệnh viện Seattle Grace. Khi bước vào những giai đoạn mới mẻ và chưa từng được khám phá trong đời sống cá nhân lẫn nghề nghiệp, mỗi cá nhân đều phải học cách thích nghi, nỗ lực vươn lên để không bị gục ngã. Tác phẩm đi sâu vào những diễn biến phức tạp, lúc thăng lúc trầm trong mối quan hệ tình cảm giữa Derek và Meredith. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của Owen - gương mặt bác sĩ mới tại bệnh viện - cũng thổi bùng lên ngọn lửa tình cảm chớm nở đầy bất ngờ cùng Cristina. Ca Phẫu Thuật Của Grey (Phần 5) thuộc thể loại chính kịch, có quy mô 24 tập với thời lượng khoảng 43 phút mỗi tập, có sự góp mặt của các diễn viên Ellen Pompeo, Chandra Wilson, Kevin McKidd, James Pickens Jr. và Camilla Luddington.