Ко Сэ-вон, будучи ребёнком, всегда выделялся среди сверстников отсутствием эмпатии, что в итоге привело к неожиданной трагедии в его жизни. Взрослея, он стал выдающимся ученым, достигнув великих высот в области нейробиологии и изучения человеческого мозга. Однако судьба вновь испытывает его, когда он сталкивается с ужасной утратой — его маленький сын tragически погибает в результате несчастного случая. Эта страшная трагедия не обостряет его эмоции, а скорее толкает на новые исследования, давая возможность углубиться в свои научные познания. Сэ-вон, погруженный в горе и расстройства, решает использовать свои выдающиеся умственные способности для проведения необычного эксперимента. Он начинает заниматься нейросинхронизацией с мёртвыми, что позволяет ему связаться с их воспоминаниями. Таким образом, он пытается разобраться в том, что случилось с его семьёй, и, возможно, найти ответы на болезненные вопросы, терзающие его душу. Эта пограничная деятельность не только открывает новые горизонты в его научной практике, но и ставит под сомнение моральные и этические границы науки. С каждой сессией в попытках восстановить связь с ушедшими, Сэ-вон сталкивается с мрачными истинами и непредсказуемыми последствиями своих действий. Его исследования становятся всё более интенсивными, и он начинает осознаваться, что погружение в чужие воспоминания может иметь далеко идущие последствия не только для его разума, но и для его души. Параллельно все более странные и пугающие события начинают происходить в его жизни, подталкивая его к мысли, что разрывание границ между жизнью и смертью может нести опасность, с которой он не сможет справиться. "Доктор Брейн" погружает зрителя в мрачный и напряжённый мир, в котором наука пересекается с философскими вопросами о жизни и смерти, о том, что составляет человеческую личность и как трагические события способны изменить нас. Личная драма главного героя становится универсальным символом стремления каждого человека найти утешение и понимание в мире, полном неизведанного.