東都大學醫學院副教授大島茂（宇津井健飾）的女兒幸子（山口百惠飾），是個十七歲的善良美麗的姑娘。有壹次，在醫學院偶然發生的科研事故中，她受到了放射性鈷60的輻射感染，得了白血病，經常需要輸血治療。醫學院學生相良光夫（三浦友和飾）通過多次給幸子輸血，彼此逐漸產生了愛情。但是，他們是不可能結合的，原來幸子的親生父親不是大島茂，而是光夫的父親相良英治，她與光夫是同父異母的親兄妹，但他們這時都還不知道，加上幸子患了血癌，只能再活半年至壹年時間。這些都在她的親人中引起各種憂慮。
大島茂和敏江（八草千薰，渡邊美佐子飾）得知幸子患了白血病以後，為了讓幸子短暫的生命能過得快樂，又同意讓光夫與她來往。
心地狹隘的相良英治因為大島茂研究急性放射病治療，擔心他會在醫學院取
幸子與光夫
代了自己的地位，竟然把大島調離原子核醫學系，要他到腫瘤研究所工作。大島茂對工作的調動滿不在乎，反認為可以更好地結合工作來治療幸子的病。
壹次，光夫從與幸子談她的血型的過程中了解到她並不是大島夫婦的親生女兒，隨後又通過調查，知道自己與幸子是同父異母的兄妹，感到非常痛苦，決定離家出走到北海道牧場去生活，以便忘掉幸子。大島卻勸光夫不要這樣做，並把幸子得了血癌的實情告訴了光夫，於是，光夫又壹次回到了幸子身邊。
大島茂考慮到幸子已不久人世，決定帶她到巴黎與她的生母理惠作壹次聚會。到巴黎後，幸子又壹次發病，輸血，在治療過程中，理惠也知道幸子患了血癌，悲痛欲絕，但為了不影響幸子的情緒，理惠和大島茂都裝作若無其事，盡情陪伴幸子在巴黎遊覽。
幸子在從巴黎返回日本的飛機上，又發了壹次病，經過緊急輸血搶救，才脫離了危險。理惠聽說有壹種吉蔔賽人的草藥能治療白血病，就從巴黎寄了這種草藥回日本，並寫信告訴大島。幸子發現了理惠的信和草藥，從而懷疑自己患了白血病，產生了悲觀情緒；後經理惠與她通電話進行解釋，才打消了她的疑慮。
過新年的時候，幸子與光夫壹起開車到野外看雪景，中途汽車拋錨，要步行回家。幸子因與光夫在壹起，表現得很堅強和有朝氣。新年過後，她還要光夫幫助補習功課，準備報考醫學院。
不久，幸子又壹次發病住院，在醫院認
《血疑》劇照
識了壹個與自己患同樣病癥的小孩，後來這小孩死於白血病，幸子對照自己的病情，堅信自己也是患白血病，企圖自殺，但被光夫及時制止了。
大島夫婦看到已無法再向幸子隱瞞病情，決定把真相告訴她，正面動員她與疾病作鬥爭。果然，幸子振作起來，積極參加體育活動，顯得比過去更加堅強。正當幸子滿懷信心準備考大學時，光夫接到了去美國留學的通知，這件事又使幸子精神上受到壹次沖擊……
幸子聽多加子說光夫要到美國留學，心情很不好，後來經光夫解釋，並表示自己決定不去留學，幸子的情緒才恢復正常。
巴黎有個百萬富翁看中了理惠，暗中派偵探對理惠的歷史進行調查，查明了幸子就是理惠的私生女，險些把幸子的秘密公布在報刊上。
理惠因為惦掛幸子的病，從巴黎回到日本看望和陪伴幸子。相良從給幸子輸血的過程中引起了對幸子身世的懷疑，逐步覺得幸子就是自己的親生女兒。他通過向理惠和大島反復了解，終於肯定了自己的懷疑。
幸子又壹次發病，由於腦部組織發生浸潤，引起失明，後經大島給她進行放射治療，才又度過了危險。
太壹郎給幸子買了遊艇，讓她與光夫等壹起去作了壹次愉快的試航。隨後，幸子考上了醫學院，大家都向她表示熱烈祝賀。但是，多加子為了讓光夫與幸子分手，主動去給幸子談血型問題，終於讓幸子知道了自己是相良和理惠的親生女，於是又引起了新的風波……
幸子知道自己的身世以後，精神受到重大刺激，她要求與光夫壹起到北海道去生活，並且獨自首先乘過路貨車去了。大島，光夫等人追蹤尋找幸子，終於在劄幌找到了她。隨後，理惠，相良也先後來到北海道看望幸子，並在幸子又壹次發病時，壹齊給她輸血。理惠在幸子面前承認了她們之間的真正關系，鼓勵幸子重回東京過有意義的生活。
幸子又壹次發病，需要移植血緣關系的親人的骨髓進行治療，光夫又為她作了骨髓移植，使她再次戰勝死亡。
接著，幸子的腦部組織發生了第二次浸潤病變，又動了壹次腦部手術。這以後，幸子意識到自己快將死亡，為了不讓親人們悲傷難過，她振作起精神，與親人們壹壹地愉快地告別，讓他們留下美好的回憶。最後，她與光夫壹起乘著遊艇出海，然後在光夫的懷抱中安詳地離開人世。
幸子死後，大島向醫學院的新生們宣揚了幸子對待疾病的頑強樂觀精神，號召大家刻苦學習，攻克癌癥堡壘；光夫也決定到美國留學，向白血病進軍，以便將來造福人類。