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北方某个大城市里，有一个按照国家相关法规设置的一个“CDC行动组”。我们着重表现的这个小组主要人物大概有五、六个，小的二十几岁、刚毕业的学医的大学生；最大的组长三十七八岁，国内读医学本科，留学博士，在世界著名实验室培训过。组里几个人是按照公共卫生各项需要专业配备的，每个人都是该方面的专家。 从现实层面看，这个小组是虚拟的，理想状态的一个行动组。是受国家C DC机构领导，面对全国公共卫生突发事件采取行动的小组。他们有自己的实验室，尖端的实验设备，有随时可以咨询的国内一流的专家组，有一流的高科技的通讯、信息处理、交通设备；事件发生时，各方面资源都有权力调动。 每一集的主要故事是一个公共卫生的突发事件，和少部分由此类事件引发的涉及到其他公共安全领域、治安领域的其他类型事件。
外人眼里，方鸣是一个事业成功的年轻人，和妻子非常恩爱。但是他总是觉得生活比较平淡。一次网上聊天，意外结识了同样和自己有着同样感觉的女人瑞娟。二人利用业余时间参加了网友广西之行的自助游活动。在那里感染了“钩端螺旋体病”，为了隐藏自己的一次放纵行为，他百般隐藏自己的行踪。以陈思源为代表的“CDC”小组，细微之处洞察一切，以人道主义为宗旨，克服种种障碍，查清病情，挽救了方鸣的生命，但是因为方鸣的刻意隐瞒，最终葬送了女友的生命，也断送了自己的家庭。
某中学在高考前发生奇怪病例，五名女生不明原因腹痛、呕吐、失忆，虚脱，晕倒，无法考试，疑似为传染病，被送进医院。CDC行动组找不到致病原因，但明确首先生病的是每次都考第一的张小端，她在生病的前一天旷课，去向不明。学生们认为系张小端带回了疾病传染给了大家。经过陈思源等人对张小端行踪的周密调查，发现张小端身体无病，是担心这次考试无法考第一，无法向单亲母亲和老师交代，而自己在网上查出吓人的症状买药服用“制造”的疾病，并且谎称此病传染。同班同学在考高的压力下，群体性紧张敏感，人际关系复杂，具有“心因性疾病”的基础，在张小端这个特殊的刺激源作用下，跟她接近的学生仿佛感觉到了其实并不存在的“真实症状”，纷纷住院。病因找到了，CDC行动组对症下药，通过科学实验很快治好了其他女生的心病，但是张小端仍然顽固，陈思源突发其想，激发出了张小端的生存本能。
徐崴崴的朋友贺强误入一个以野外生存训练为名的传销组织，贺强因看到有学员纷纷病倒而向徐崴崴求救。徐崴崴和陈思源立即赶往山区训练营地，此时这个训练营地已经有七个人病倒，其中一个已经死亡，陈思源通过让贺强悄悄将血检样品带下山，并通过自己所学的传染病知识，确定此病为流行性出血热。但传销组织的头领出于让学员们发展下线的目的，极力隐瞒事实，并切断了营地人员与外界联系的通讯。山区的条件十分艰苦，疾病传染所相当迅速，陈思源感觉到事态非常紧急，立即用CDC专用联络方式与项洪峰和林涵取得了联系，希望得到支援。项洪峰他们的车因山洪而受阻于途中。陈思源和徐崴崴为控制传染病的蔓延而将真相告知了学员们，因而被传销头领打晕关押。陈思源和徐崴崴机智勇敢地逃生，并将学员集中起来，自救自防。项洪峰等人连夜赶路，终于将营地的所有学员解救出来，并将传销头领交送有关部门绳之以法。
一个叫小虫儿的网友在网上咨询艾滋病的症状，关海一一解答，小虫儿送来了血样，关海查出这份样HIV是阳性。小虫儿又发给关海一份血样，而这份血样HIV呈阴性。正当关海不解之时，徐葳葳化验出这分别是两个人的血样。没有染上病的小虫儿通过网络认识了现在的朋友林哥，林哥是个瘾君子，吸毒过程中染上了艾滋病，善良的小虫儿一直照顾林哥的生活起居。林哥不愿治疗，只求一死，通过小虫儿和CDC的解救，终于将林哥劝进医院。一个叫袁园姑娘化验的结果也是HIV阳性，她怀疑自己是被一个姓罗兰的美国人传染上的。于是CDC开始了对罗兰的近乎于艰难的寻找。陈思源也终于找到了罗兰，罗兰因怕离开中国而拒绝做HIV检查，陈思源最终能查出罗兰是否是HIV病毒携带者吗。
城市中流行一种怪病。发病人都是同一籍贯或夫妻二人有一人是那个同一籍贯黑龙江清源县。陈思源他们从没有见过这种怪病，而且陈思源的女友电视台的主持人沈欣也染上了这种病。四处请教，军事医学专家告诉他们这是军用毒剂――芥子气造成的。陈思源他们追本溯源，前去清源县，用血的代价，找到了大量的当年侵华日军掩埋的化学战剂芥子气。
某农科所丢失了废弃的钴60，被两个孩子当作玩具拣到，造成放射性疾病，父母也被辐射，在送孩子住院的时候家中文物被盗。CDC行动组在其家里找到了一个钴源，以为万事大吉。孩子醒来，说拣到的发光小球(钴源)有两个。事态骤然严重，另一钴源下落不明。警察宋倩和李再兴奉命调查文物失窃案，发觉是他们一直追捕并有血债的文物大盗“高知”雇人所为。陈思源怀疑窃贼把另外一个钴源当作“夜明珠”偷走，果然宋倩找到了入室行窃者孙铭，孙铭已经被钴源照射奄奄一息，并交代“夜明珠”被高知拿走，到外地去交易――“高知”也认为那是“夜明珠”，殊不知那是取人性命的死光。陈思源等为公共安全急于找回钴源，而宋倩等急于抓到“高知”，既要抓住高知，又要尽量减少钴源对公众的辐射危害，双方使命不同，但目标同为“高知”，必须通力合作。最后“高知”被堵在医院中，陈思源在没有防护的情况下去拿钴源，靠近钴源不受辐射的极限时间是10秒，但20秒后陈思源仍然没有出现，生死未卜。
本市出现了一条引起轰动的花边新闻，枫丹小区一名反对养犬的居民丁一与养犬的邻居萧亮发生矛盾，在冲突中居然将萧亮家的一条狼犬活活咬死。人咬狗当然成了新闻，一时成了茶余饭后的笑谈。惟有陈思源不把这条新闻当成笑谈，他嘱咐关海去枫丹小区辖区派出所调阅这一治安案件的全部卷宗。关海虽然不解其意，但还是照办了。林涵发现陈思源在收集有关狂犬症的医学资料。陈思源的预见果然正确，萧亮是个战伤致盲的退伍军人，平常喜欢收养流浪动物。在他家幸存的犬只身上，发现了狂犬病毒。陈思源和萧亮，固执的科学家和固执的老军人，由此引发了尖锐对立，但正是这份执着，又使他们惺惺相惜。发现狂犬病毒并为让陈思源停止探索的脚步，经过深入调查，意想不到的真相暴露在众人面前：不是犬将病毒传给了人，恰恰是人将狂犬病毒传给了狗。咬死萧亮家狼犬的丁一是个偷猎犯，在猎取一只野生獾时感染上了狂犬病毒，病情发作，才导致他撕咬狼犬之举。而那只被他撕咬的退役军犬，至死也未还口。
西北某地出现国家一号传染病腺鼠疫。陈思源等发现有三个背包旅行者在鼠疫出现后到过疫区，去向不明。CDC行动组在不同的三地分别找到了这个三个背包旅行者予以隔离。细心的陈思源发现在本市找到的旅行者林夏有诸多疑点，经过辨认，另外二人否认此人是林夏。但在疫区旅店登记的身份证号和手机等信息跟被隔离的林夏一致，此人的同事也指认他为林夏且去过疫区，他本人也坚称他就是三个背包旅行者之一。林夏的身份成了悬疑，是否还有真正到过疫区的第四个人，该人是否已经感染鼠疫成为重大问题，鼠疫的潜伏期最多为10天，时间刻不容缓。陈思源发现林夏的前女友小雨行为异常，最后调查到小雨的真正男友李泰为开车撞死人的小雨顶罪而又越狱，林夏去西北就是接应李泰，而李泰正是用林夏的身份混在背包旅行者中离开了西北。陈思源等通过小雨打开缺口，找到了被小雨掩藏起来并且已经感染鼠疫的李泰，将其隔离并治愈，避免了鼠疫的可能流行。李泰、林夏、小雨面临严厉的法律制裁。
距话剧《死亡终结者》首演只有三天时间了，曾红极一时但现已过气的女主角方子君却在这时身体异常不适，把演出当作事业转机最后机会的子君强自支撑。CDC接到远郊琉璃河村地区农民群体发病报告，初步确诊是炭疽，引起上级及国安高度关注，不排除生物袭击可能，陈思源等压力很大，必须尽快找到传染源，遏制死亡，很快城市出现两起新病例，一例是出租车司机，数日前曾载子君去过郊区斋峪马场，另一例是《死亡终结者》副导演。子君终于在做美容时发病，确诊炭疽，CDC全力抢救。陈思源等找到斋峪马场调查，发现马场工地有挖出不久的死畜，经取样化验，发现炭疽杆菌，并得知子君从马场借走马鞍作为话剧贯穿道具，同时琉璃河村发病农民承认不久前去马场工地偷建筑材料时曾被死畜绊倒。实验证实此次疫情所有病例炭疽杆菌的基因序列具有99%的同源性，由此确认工地死畜是传染源，马鞍是使疫情从郊区向城市扩散的中间点，被陈思源带领CDC连夜跑遍全城找到，CDC成功破解了死亡链条，生物袭击警报解除！但病情好转、在死亡线上走了一圈的子君却借此机会炒作自己，竟然实现了她事业的转机。
两个叫张力的男人同时来到一家医院看病，意外错拿了对方的化验单，其中只得了普通感冒的记者张力被医院送进隔离，而真正带有H1高致命性流感病毒的出租车司机张力却在社会上将病传给他人。当张力在广播中听到自己携带着烈性传染病毒时，他要在没发病之前完成一件大事。陈思源通过对张力的行踪的调查，认定他可能会出现在一个他最想去的地方，就在张力已经发病之时，陈思源及时赶到，通过努力，让张力了却了几年来的最大心愿。
世界卫生组织向“医学调查”发来急电，CDC惊闻埃博拉病毒可能进入中国，所有目标都集中在曾与患者有染的女孩刘睿身上。而刘睿正是关海当年的梦中情人。隔离期，关海负责看护刘睿，随着真相一点点查清，他慢慢发现刘睿并不值得自己去爱。陈思源也差点被刘睿迷惑，结果查清，仅仅是一场虚惊，两个男人却一起感慨这场突来的浪漫像梦一般虚幻。
出租司机一家神秘中毒，他们居住的院子笼罩着恐怖气息。林涵找来大学同学现稀有金属专家王迈前来配合，帮助CDC找出了中毒源是铊，而毒源失踪。在去研究所与王迈接触中，陈思源感受到了这个徘徊在利与理想之间饱受摧残的痛苦灵魂，王迈痛恨现实不能给自己一个宽松的研究环境，得到CDC所有人的理解。随着真相大白，陈思源揭穿王迈正是那家人中毒的始作俑者。
一个卖光盘的外地妇女的孩子患了流行性脑膜炎，而这个孩子又将病毒传给了城里所谓富人的孩子，面对着大量外地务工人员拥进我们这个城市，而他们又游离在正常的防疫系统之外，使得CDC面临着从来没有过的困惑。接近退休的乡级防疫人员老莫干了一辈子卫生防疫工作，他总是对民工、保姆等外来务工人员的卫生防疫十分关注，由于他的执着，帮助CDC小组找到了脑膜炎传播的病源，同时也使得CDC加强了外来务工人员的卫生防疫工作。
陈思源在练习居合道的健身俱乐部结识了年轻漂亮的健身教练徐洋，并深深为徐洋充满活力和独特的个性所吸引，却在某山区调查不明原因的神经炎症症状的疫情时，惊讶地发现山区患者身上的红斑跟徐洋身上的一模一样。疾病被确诊为被昆虫蜱叮咬后导致的莱姆病，而徐洋身上检到的病原体与疫源地证实是同一传染源，但徐洋却否认去过该山区。陈思源等正探询为什么会在远离疫源地的大城市单独出现这一例病例时，无意中又在该俱乐部老总罗刚身上发现了同样的红斑。但罗刚也否认去过疫源地。在CDC科学缜密、锲而不舍的追寻下，终于查明了这两起城市病例的疫情真相，并无意中获知了徐洋与罗刚以及一个大龄富婆之间令人慨叹的情感事件，令人感叹现代人在对大自然和情感世界的探险时都会带来许多始料不及的新冲击。
警方抓获的两名外籍入境毒贩感染我国从未出现过的烈性传染病：马尔堡病毒病。世卫组织专家Lutz和助手Peter前来协助CDC工作。经查，毒贩入境后一直呆在屋里，被捕前只跟快餐店送餐员接触。CDC找到送餐员予以隔离，并追查送餐员接触的人群。年轻的富家女孩小炎从小父母离异，享受不到人和人之间正常感情和温暖的她不停地以婚前体检为名目，约跟她好过的不同男人来CDC验血查艾滋病，给忙碌的CDC带来不少干扰。送餐员接触过的酒吧调酒师强子发病，确诊马尔堡。在追踪强子接触人群的过程中，CDC来到了小炎家。原来强子不久前参加过小炎家举行的party，并无意中跟小炎共用过同一只润唇膏。小炎坚决不接受CDC必须对她进行的全面体检，已怀孕两个月的她现在想要的就是一个健康的孩子，一个纯洁的生命来填满她内心的孤独和空虚，最终在陈思源、林涵等的劝导下小炎重获积极健康的生命信心，而此次跟世卫组织合作的经验也使CDC也成功地完成了“新发传染病防治技术研究与应用”的课题。
CDC在某集团搞结核病防治过程中，林涵结识了配合工作的方茹，方茹请求林涵帮她解决一个难以启齿的问题——查出丈夫为何对夫妻生活没有兴趣。林涵前往方茹丈夫的车间进行调查，竟然发现这里所有男职工都面临这个问题。在取得他们信任后，林涵查出了不明污染的真相，林涵力图用自己的工作挽救方茹的家庭，却不料已经晚了，方茹已经忍受不了丈夫的冷漠，在外找到了新的感情归宿。
几个病人出现不明病因的症状，已经进入抢救室，生命危在旦夕。陈思源和林涵急忙赶往医院，大家将患者的血清拿回化验，林涵发现是具有传染性的霍乱。一个病人说出，她参加了一个叫“八分钟约会”的联谊会，她在其中认识了一个男人张志君，并和他交往。关海和徐崴崴开始寻找八分钟约会中的参加人员，由于他们都是通过网络联系，都不知道真实姓名，这过程充满了难以想象的谎言和逃避，张志君不仅和这名女子保持着联系，还有几个别的女孩(其中一个已经入院)也和他有关系，张志君和众多女子的这种游戏爱情的现代观念给派查的过程带来了困难。最后一个女子“夏天的黄昏”找到了，这场情感的瘟疫终于看似平静的消失了。
小泉乡一共六个自然村，有五个都暴发了甲肝，只有双槐村没一个人发病。这引起了陈思源的注意。在陈思源进村的时候，他就发现一个三十多岁的男人背着个消毒机在村口打着药。这个人就是乡小学校的教师宋权。陈思源通过调查，发现双槐村民没有人被传染上的原因就是因为宋权老师几年如一日在村民和学生中宣传卫生知识，和他身体力行地对环境卫生的整治。然而，一个偶然的机会，宋权老师是乙肝“小三阳”病毒携带者的消息不胫而走，在城里因被用人单位歧视的大学毕业生宋权面临着再次被迫远走他乡的困境。终于，在CDC工作的法医老谢对他伸出了援助之手。
市郊富甲一方的石岭农工商总公司发生疑似疫情事件，CDC接到匿名举报，感到现场，可是财大气粗的镇长告诉他们只是虚惊一场，不存在传染疫情，只是有人因为与镇长不睦而蓄意捣乱。陈思源敏锐地发现事情并非镇长粉饰的那么简单，他和土财主之间的较量就此展开，尽管一开始有着秀才遇见兵的不便，但执着的责任感还是让他看到了疫情的端倪——轮状病毒。此时恰好是一个美国财团来石岭考察投资之际，疫情的披露使得投资陷入僵局。就在众人都以为投资行为大势已去之际，美国商人却向他们伸出了友好之手：感动这个商人的，正是CDC的拳拳之心。
一名在家休学的大学生薛明明生病，经查感染了S病毒。CDC立刻行动起来，查找传染源和传播链。外地医院也上报说有一例疑似S病毒患者。这些独立的病例叫CDC很头痛。找不出其中的关联。围绕大学生，CDC展开调查，毫无线索。到CDC实习来的大学生吴小姹看到隔离的薛明明赶到惊慌失措，操作起来险些酿成大祸。陈思源从薛明明的言谈中感觉她显然隐瞒着什么。有一个电话打来，说自己感染的S病毒，并且已经把自己隔离了起来。CDC人员赶去，发现竟然是吴小姹。在关海的推理之下，吴小姹终于说出了她的传染源-男朋友刘雨。刘雨是医科大学的研究生。是他把S病毒从实验室中不小心带了出来。而他自己却因为曾经感染过S病毒而具有了免疫力。而且，他已经办好了签证手续马上就要出国留学。刘雨和外地那名患者曾经在同一实验室。而薛明明是刘雨过去的女友。传播链终于找到了。发现及时没有引起社会恐慌。
