Khai thác đề tài y khoa, Sứ Mệnh 36 Giờ với sự tham gia của dàn diễn viên thực lực cùng một kịch bản hấp dẫn, đã nhanh chóng chinh phục khán giả thông qua những câu chuyện chân thực bên trong bệnh viện, khai thác tỉ mỉ con đường cứu sống bệnh nhân của từng bác sĩ bên cạnh đó là những câu chuyện về cuộc sống riêng tư của mỗi người khi ở bên ngoài bệnh viện, tất cả tạo nên một tác phẩm tuyệt vời nhiều ý nghĩa, cảm động và lôi cuốn từng phút.
Nhân vật chính của Sứ Mệnh 36 Giờ là một bác sĩ đang làm việc tại khoa giải phẫu thần kinh tên là Trương Nhất Kiện (Mã Quốc Minh), anh đang có dự định đưa cậu em trai bị tàn tật ra nước ngoài để du học, vì thế mà anh đã dồn hết sức lực của mình vào công việc bất kể ngày đêm để kiếm được nhiều tiền cũng như lãng quên đi chuyện tình cảm không mấy vui vẻ diễn ra trước đó. Một ngày nọ, mọi thứ bắt đầu thay đổi cho đến khi anh gặp được bác sĩ khoa tim mạch Phạm Tử Du (Dương Di), 2 người có chung niềm đam mê nghiên cứu về y học.
Tử Du vốn xuất thân từ một gia đình có truyền thống y nổi tiếng. Cô nàng nhanh chóng trao trái tim cho Trương Nhất Kiện khi anh luôn cho thấy mình là một bác sĩ đầy tài năng và là người đàn ông không kém phần bản lĩnh, và vì thế mà Phạm Tử Du chính là người chủ động theo đuổi tình yêu. Cũng từ đó mà tình cảm của họ dần dần phát sinh, tuy nhiên không lâu sau thì trai của Nhất Kiện qua đời, trong khi cô bạn gái Tử Du của anh thì mắc phải căn bệnh nan y, khiến cho anh thực sự rất đau buồn…
