Caminhos do Coração acompanha a história de Maria (Bianca Rinaldi), uma artista circense e filha adotiva de Ana Luz (Fafá de Belém) e Pepe (Perfeito Fortuna). Sua vida muda completamente quando ela se torna a principal suspeita de matar o prestigiado doutor Sócrates Mayer (Walmor Chagas), dono da clínica Progênese. O médico é, na verdade, o pai biológico de Maria, mas ela não faz a menor ideia. Embora não seja culpada, Maria é perseguida pela polícia, mas encontra ajuda no policial aposentado Marcelo (Leonardo Vieira) que acredita na inocência da moça. A verdadeira culpada pelo assassinato é Dra. Júlia (Ittala Nandi), a geneticista da Progênese, uma mulher desonesta e manipuladora. Ela decide eliminar Sócrates depois que ele descobre sobre seu projeto secreto de mutação humana. Dra. Júlia passou trinta anos manipulando DNA de bebês para criar humanos super-poderosos e pretende continuar com seu projeto até chegar no resultado perfeito, mesmo fazendo diversas pessoas inocentes de cobaia.
