《金蝴蝶梦》讲述了临近毕业的医学系学生金牡丹因容貌问题屡感不顺。即将成为整容医生的好友胡蓝和笛箐决定研发一套超越韩国的整容技术，帮助金牡丹改变命运。三人分别取名字中的一个字，以谐音组成“金蝴蝶”，将这项计划命名为“金蝴蝶梦”。
胡蓝与同事张乐成为恋人，但风流倜傥的张乐却逐渐被笛箐吸引。趁胡蓝前往进修期间，张乐转而追求笛箐。后来，在笛箐的协助下，张乐为一名患者实施了近乎变脸的整容手术，却意外发现对方竟是警方通缉的罪犯。胡蓝运用符合国人面部特征的黄金分割整容理论，还原了罪犯整容前的面容，最终帮助警方将其抓获。
胡蓝回归后，带领“金蝴蝶梦”继续深入研究，黄金分割整容技术的科研论文也即将完成。一次偶然的机会，胡蓝发现笛箐与张乐衣衫不整地在一起。感情专一的胡蓝因此与张乐分手，张乐和笛箐也先后辞职。金牡丹则选择嫁给一名比自己大二十岁的男人，“金蝴蝶”计划由此分崩离析。
在经历第一位病患因隆胸手术引发的医患纠纷后，意志消沉的胡蓝被派往韩国进修国际先进的整容技术。随着……
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