Sebbene ambientato nell'ospedale immaginario di Seattle Grace, situato a Seattle, Washington, le riprese si sono verificate principalmente a Los Angeles, in California. Mentre la prima stagione si è concentrata principalmente sull'impatto che il campo chirurgico ha sui personaggi principali, e la seconda ha fornito una prospettiva dettagliata sulla vita privata dei medici, la terza stagione affronta le difficili sfide portate dall'ultima fase dello stage dei chirurghi, combinando il motivo professionale enfatizzato nella prima stagione, con il complesso background personale utilizzato nel secondo. Durante la stagione, vengono introdotte diverse nuove storyline, tra cui l'arrivo del personaggio di Dane, il dottor. Mark Sloan, concepito e introdotto come presenza inimicante.
Episodi
1. Questione di Tempo
21 set 2006 43m 8.2I medici del Seattle Grace sono stati messi per un breve tempo in quarantena; George e Derek, rimasti bloccati nello spogliatoio, parlano dei loro amori.
2. Scelte
28 set 2006 43m 8.2Cristina si introduce nella stanza di Burke e si spoglia, rimanendo in biancheria intima. Derek incontra Meredith in ascensore e i due si scambiano languidi sguardi mentre Addison chiede a Richard, che ha passato la notte sul divano del suo ufficio, un giorno libero per andare ad ubriacarsi dato che il suo matrimonio è finito.
3. Fantasie
5 ott 2006 43m 8.4Meredith sogna di Finn e Derek che la ricoprono di coccole ma George la sveglia sul più bello.
4. Cio' che siamo
12 ott 2006 43m 8.1Inizia una nuova giornata di lavoro al Seattle Grace Hospital. Meredith non si sente bene e proprio mentre lo staff medico è testimone sorpreso dell'inattesa assunzione del Dr. Mark Sloan in qualità di chirurgo plastico, Meredith vomita più volte.
5. Sensi di Colpa
19 ott 2006 43m 8.4Izzie sembra aver ritrovato la voglia di vivere ma ancora non si decide a depositare l'assegno lasciatole da Denny. Derek e Addison vanno dall'avvocato e lui le lascia la casa di New York assumendosi tutte le responsabilità per essere giunti al divorzio.
6. Questione di Impegno
2 nov 2006 43m 8.2Burke e Cristina continuano ad operare sempre insieme e ciò crea malcontenti tra specializzandi e non, ignari del reale motivo della stretta collaborazione della coppia.
7. Un Nuovo Inizio
9 nov 2006 43m 8.4Quella che doveva essere una tranquilla gita a pescare con Preston, si trasforma per Derek in una gita troppo affollata: Richard, Alex, George, Joe e il suo compagno si uniscono a loro.
8. Guardando il sole
16 nov 2006 43m 8.3Il Padre di George viene ricoverato al Seattle Grace per una frattura alla clavicola , ma analisi approfondite rivelano un cancro all’ esofago ed un problema alla valvola cardiaca che necessita l’intervento di Burke.
9. Sussurri e Grida
23 nov 2006 43m 8.6Una coppia di anziani ha devastato con la loro macchina un negozio di pesci, provocando vari morti e una marea di feriti che vengono accolti al Seattle Grace: tra questi, una commessa del negozio, viene trovata da Addison, immobile e coperta di sangue davanti alla porta del pronto soccorso.
10. Non starmi cosi' vicino
30 nov 2006 43m 8.4Meredith cerca di far comprendere alla madre che la sua storia con Webber è accaduta molti anni prima. Intanto, davanti ad una Bailey furiosa, Richard ordina a Cristina di rientrare al suo reparto proprio con Miranda e a Derek ti fare tutto il possibile per guarire la mano da 2 milioni di dollari di Burke.
11. Sei Giorni - Parte I
11 gen 2007 43m 8.3Derek e Meredith hanno dei piccoli e "rumorosi" problemini di convivenza..Preston Burke viene operato per eliminare il tremore alla mano, convivendo, però, con Cristina nel più assoluto silenzio, a causa dell'orgoglio di entrambi i medici.
12. Sei Giorni - Parte II
18 gen 2007 43m 8.7Addison e Alex si trovano in un evidente imbarazzo dopo il "bacio non bacio" del loro precedente incontro e cercano di evitarsi senza però riuscirci.
13. Aspettative
25 gen 2007 43m 8.3Burke invita a casa sua, per cena, Derek e Meredith, mentre Cristina continua a non rivorgere la parola al suo fidanzato. Callie è terrorizzata da George, il qualie non le da un attimo di "tregua".
14. Desideri e Speranze
1 feb 2007 43m 8.6Cristina non sa ancora cosa dire a Burke riguardo la proporsta di matrimonio. Intanto Callie e George, tornati da una vacanza a Las Vegas, annunciano a tutti i colleghi che si sono sposati.
15. Camminare sull'acqua
8 feb 2007 43m 8.8Cristina e Burke sono ufficialmente fidanzati ma la Dr.ssa Yang vuole che sia Meredith a saperlo per prima. Derek si confida con Burke riguardo allo strano comportamento di Meredith e Burke gli rivela che presto si sposerà con Cristina.
16. Annegare sulla terraferma
15 feb 2007 43m 8.6Meredith è scomparsa tra le acque di Seattle e Derek, vedendo la piccola bambina sola, incomincia a chiederle di Meredith e capisce che la donna che ama è caduta in acqua e riesce a recuperarla, ma le sue condizioni sono davvero critiche..
17. Una specie di Miracolo
22 feb 2007 43m 8.5I dottori fanno il possibile per cercare di far riprendere a battere il cuore di Meredith. Derek e gli altri sono distrutti e Addison cerca di prepararli al peggio.
18. Vecchie Ferite
15 mar 2007 43m 8.5Continua la bagarre per il posto di primario e il Dr. Webber decide di chiamare un professore di cardiochirurgia della Stanford con il quale consultarsi.
19. Lo sbaglio che preferisco
22 mar 2007 43m 8.2Izzie si sveglia al fianco di George e si defila in cucina dove scambia, in maniera agitata, qualche battuta con Cristina, Meredith e Alex. Quando George si sveglia, Izzie realizza che il ragazzo non ricorda nulla della notte prima.
20. Attimo dopo Attimo
19 apr 2007 43m 8.1Susan continua ad essere presente a casa di Meredith con un'infinità di attenzioni che la giovane donna non gradisce molto. Cristina non perde occasione di sbattere in faccia a Marlow che lei è felicemente fidanzata con Burke.
21. Desiderio
26 apr 2007 43m 8.3Tutti gli specializzandi sono alle prese con gli esami e quindi sono stati esonerati da qualsiasi intervento. Jane Doe, ormai una veterana del Seattle Grace, capisce che c'è qualcosa tra Addison ed Alex, ma intuisce anche che c'è Mcsteamy in agguato...
22. L'Altro Lato Della Nostra Vita
3 mag 2007 1h 26m 7.6Cristina si sveglia e trova Burke che parla e scherza con sua madre e la madre di Cristina. Addison è partita per Los Angeles per rivedere due suoi vecchi amici che gestiscono una clinica privata.
24. Il Giorno degli esami
10 mag 2007 43m 8.4Meredith è nella sua stanza che si prepara per affrontare una terribile giornata: ci sarà il funerale della sua matrigna Susan. Intanto Cristina, Izzie e Alex continuano a prepararsi per il test che dovranno affrontare nel pomeriggio, che permetterà loro di restare nel programma dell'ospedale.
25. Nuove Scelte
17 mag 2007 43m 8.8Il giorno del matrimonio è finalmente arrivato. Mark e Derek vengono chiamati per occuparsi del caso quarto scalatore trovato con un picchetto infilato nella testa..