帝都大学理工学部物理学科の准教授・湯川学（福山雅治）の元に、貝塚北署の新人刑事・内海薫（柴咲コウ）がやってくる。尊敬する先輩刑事・草薙俊平（北村一輝）のアドバイスで、管内で起きたある事件について彼に捜査協力を求めるためだ。それは、住宅街の通りにたむろしていた若者のひとりが、突然、頭が発火して死亡するという事件だった。人体が突然発火するという現象に強い興味を抱いた湯川は、研究が遅れるという助手・栗林宏美（渡辺いっけい）の忠告にも耳を貸さず、薫とともに事件現場を訪れる。 そんな中、湯川たちは、事件現場で空を見上げている幼い少女に出会う。その少女は、事件があった日、空に浮かぶ赤い糸を見つけたのだという。何かがひらめいた湯川は、現場近くで機械部品などを作っているという時田製作所に注目する。社長の時田（小林すすむ）は、薫が刑事だと知って、困惑していた。そこで、勝手に工場内を見て回っていた湯川は、金属部品のひとつを手に取り、従業員の金森（唐沢寿明）から注意される。時田から事件のことを尋ねられた湯川は、自然発生したプラズマによる事故ではないか、と答え、もしもう一度同じ場所で起これば捜査も打ち切りになる、などと言い出す。薫が説明を求めると、湯川は、まだ仮設の段階なのだから教えられない、と答え、「実に面白い」と言って笑みを浮かべた。薫は、そんな湯川の態度にキレ、彼を怒鳴りつけるが・・・。

湯川（福山雅治）のもとを訪れた貝塚北署の刑事・薫（柴咲コウ）は、1枚の絵を彼に見せる。その絵は、殺人事件のアリバイを裏付ける証拠になるかもしれないものだという。しかし、薫たちは、簡単にその絵を信じるわけにはいかなかった。何故ならその絵は、8歳の少年が幽体離脱して見た風景を描いたものだった。事件は、管内のワンルームマンションで起きた。その部屋に住むOLが腐乱死体で発見されたのだ。監察医の桜子（真矢みき）によれば、死因は扼殺による窒息死で、死後4週間が経過しているという。薫や弓削（品川祐）たちは、死亡推定時刻から、事件があった時刻に被害者を訪ねたと思われる保険外交員・栗田（石井正則）から事情を聴く。しかし栗田は、その時間は川沿いに車を停めて寝ていたと主張した。そんな折、事件を知った上村（小市慢太郎）が、息子の忠広（今井悠貴）が描いたという赤い車が停まっている川の絵を郵送してきた。忠広は、熱を出して寝込んでいたときに幽体離脱してマンションの窓から外に出て、赤い車を見たのだという。マンションからは工場が見えるだけで、その向こう側にある川は見えなかった。上村によれば、忠広には予知能力もあり、近所で焼肉店を営む幸恵（虻川美穂子）が訪ねて来たときも、直前にそれを予言したらしい。湯川は、この件に興味を示し、検証を始める。そんな中、上村は、警察が息子の証言を無視した、とワイドショーで訴え・・・。

湯川（福山雅治）からメールで呼び出しを受けた薫（柴咲コウ）は、そこで湯川の研究室の学生、村瀬健介（林剛史）の姉だという弥生（広末涼子）から、夫の直樹（渡辺裕樹）が事件に巻き込まれて帰ってこないから助けてほしい、と頼まれる。介護用品メーカーに勤める直樹が失踪したのは1週間前のことだった。失踪当日、直樹は、日ごろから気にかけていたひとり暮らしの老婆・高野ヒデ（森康子）の家に行ったはずだ、と弥生は主張した。そのヒデは、直樹がいなくなったのと同じ日に、心筋梗塞で亡くなっているのだという。すでに、ひとりでヒデの家を訪ねていた弥生は、その家にヒデの甥だという高野昌明（甲本雅裕）ら4人の男女が住んでいること、彼らが毎夜決まった時間に外出すること、そして彼らが外出した後、室内から物音がしたことを薫に報告する。弥生が直樹のことを深く愛していること、そして現在妊娠中であることを知った薫は、彼女とともにヒデの家に向かった。ヒデの家に到着したふたりは、昌明たちが外出したのを見計らって家の中にもぐり込んだ。が、やはり室内には直樹の姿はなかった。と、そのとき、突然部屋全体が激しく揺れ始めた。薫は、弥生の腕を掴んで外に逃げた。ところが、家の周囲は静まり返っており、家の中から聞こえていた物音もやがて消えてしまう。薫は、ヒデの家で起きたのはポルターガイスト現象だ、と湯川に報告するが・・・。

【毎週金曜に最新話更新】 ある豪邸の室内プールで若い女性の水死体が発見された。両親が旅行に出かけていた間に起きた出来事らしい。検死の結果、死因は心臓まひによるものと思われた。だが、何故か胸の皮膚の一部だけが壊死していた。そのことが気になって湯川（福山雅治）のもとを訪れた薫（柴咲コウ）は、何故皮膚が壊死したのか、と彼に尋ねた。しかし湯川は、「それは物理学の範疇じゃない」などと言って薫を追い返してしまう。 ある日、某大学で開かれた物理学会での講演を終えた湯川は、ひとりの学生に呼び止められる。講演の内容に感銘を受けた、というその学生の名前は、田上昇一（香取慎吾）。その大学の院生だった。田上の名前に覚えがあった湯川は、記憶をたぐり、ひとつの論文を思い出す。その論文の内容に興味を持っていた湯川は、田上に名刺を手渡すと、いつでも連絡してくれ、と言って彼と別れた。するとそこに、薫が現れる。水死した女性は、この大学の学生だったのだ。湯川の姿を見つけた薫は、再度彼に相談を持ちかけたが、全く取り合ってもらえない。そのとき、ふと掲示板を見た薫は、そこで“皮膚疾患の先端技術”という文字を見つける。皮膚が壊死した原因がわかるのではないかと思った薫がその研究室を訪ねてみると、そこにいたのは白衣姿の田上だった。薫から事件の話を聞いた田上は・・・。

湯川（福山雅治）は、貝塚北署の薫（柴咲コウ）から、管内のホテルで起きた密室殺人について意見を求められる。被害者は、東京近県でペンションを経営する矢島（岡本光太郎）という男。死亡推定時刻は、矢島がホテルにチェックインしてから1時間後の午後6時だった。実は、矢島が807号室にチェックインする少し前から、部屋の前の廊下で電気配線のチェックが行われていた。作業員によれば、3時間近くに及んだその修理中、807号室に入ったのは矢島だけだという。しかし、部屋にはふたり分のコーヒーの容器が残されており、一方の容器からは睡眠薬も検出されていた。このことから、犯人は矢島を眠らせた後、絞殺したものと思われた。だが、他にも不審な点があった。実は、ホテルの対面にあるビルで働く会社員が、矢島の部屋で火の玉が飛んだのを見たと証言したのだ。警察は、矢島がここ数カ月の間に、複数の生命保険に加入していることから、妻の貴子（水野美紀）に疑いの目を向けた。しかし貴子は、事件があったと思われる時刻、地元のスーパーで買い物をしている姿が目撃されていた。この事件に興味を抱いた湯川は、薫とともに貴子に会いに行く。しかし貴子は、犯人や火の玉にも心当たりはない、と答えるだけだった。あくる日、薫と弓削（品川祐）が捜査から戻ると、そこに矢島の娘・秋穂（大後寿々花）がやってきて、貴子が嘘をついている、と言い出す。

湯川（福山雅治）は、薫（柴咲コウ）から、彼女の幼なじみが起こした事件についての捜査協力を依頼される。事件が起きたのは森崎家の屋敷だった。2階の自室で寝ていた17歳の娘・礼美（堀北真希）のもとに坂木（新井浩文）という男が現れ、暴行を働こうとしたのだという。物音に気づいた礼美の母・由美子（手塚理美）は、娘の部屋に駆けつけ、坂木に向かって猟銃を発砲した。幸い礼美は無事だったが、坂木は傷を負ったまま現在も逃亡中だった。坂木は、薫とは小学校時代の同級生で、現在は占い師をしていた。坂木の店の名前は『モリサキレミの占いの館』。つい最近、薫は、偶然この店を訪れ、坂木と再会していた。捜査にあたった弓削（品川祐）は、坂木が客として自分の店にやってきた礼美のことを、ここひと月ほどストーキングしていた事実を薫に告げる。そんな折、薫の携帯電話に逃亡中の坂木から連絡が入る。そこで坂木は、自分を部屋に呼んだのは礼美の方だと薫に訴えた。坂木が占いに使っていた水瓶に、「会いに来て」という礼美からのメッセージが浮かんだというのだ。湯川の元を訪れた薫は、事件の経緯を説明した。しかし湯川は、ストーカーの妄想にしか思えない、と答えた。すると薫は、坂木が小学校時代に書いた作文を湯川に見せる。そこには、「僕の夢は、モリサキレミと結婚すること」と書かれており、文章の横には、礼美の部屋の飾り窓とそっくりな絵が添えられていた。