万木朝顔（上野樹里）は神奈川県にある興雲大学に勤める新米法医学者。朝顔はベテラン刑事の父・平（時任三郎）とふたり暮らし。他愛もない会話と穏やかな笑顔。2011年3月11日から変わらない娘と父の日常。そこに母の里子（石田ひかり）の姿はない。あの日、里子は、東北の海沿いにある実家に帰省していた。 朝顔が出勤すると、検査技師の高橋涼介（中尾明慶）、法歯学者の藤堂絵美（平岩紙）、絵美の夫でベテラン法医学者の藤堂雅史（板尾創路）がすでに来ていた。野毛山署の強行犯係に異動してくる刑事がハリウッド・スターに似ているらしい、と盛り上がっていた。絵美は、朝顔の恋人で、強行犯係の新米刑事・桑原真也（風間俊介）に聞いてほしい、とまで言い出す。 一方、野毛山署強行犯係でも、係長の山倉伸彦（戸次重幸）、刑事の森本琢磨（森本慎太郎）、新米刑事の愛川江梨花（坂ノ上茜）らがどんな刑事が来るのか興味津々で待っていた。すると、現れたのは平だった。そんな折、倉庫で女性が死んでいるとの無線が入る。現場に向かう平と桑原。検視官の伊東純（三宅弘城）は平たちに、詳しいことは解剖をしてみないとわからないと言う。 ほどなく平と桑原が、遺体とともに法医学教室へとやってきた。朝顔は夏目茶子（山口智子）とともに遺体の解剖を行い、判明したのは、女性が倉庫で溺死した可能性があるということだった。

朝顔（上野樹里）が法医学者として働く興雲大学の法医学教室に、アルバイト希望の医学部生・安岡光子（志田未来）がやってくる。時給目当てで応募しただけで法医学には何の興味もなく、周りの空気を読まずに思ったことをすぐ口にする光子に、呆気にとられる高橋（中尾明慶）や絵美（平岩紙）、藤堂（板尾創路）たち。主任教授の茶子（山口智子）は、そんな光子を気に入り、採用を即決する。 同じころ、野毛山署強行犯係の平（時任三郎）と桑原（風間俊介）は、繁華街の路地裏でスーツ姿の男性の死体が発見されたという知らせを受け、現場に急行する。男は、財布やスマートフォンなど、身元の手掛かりになるものは何も所持していなかった。検視官の伊東（三宅弘城）は、熱中症による急性心不全の可能性に言及しながらも、司法解剖をしてもらった方が良いと告げる。平は、遺体と一緒に興雲大学の法医学教室へと向かうよう桑原に指示すると、現場周辺の捜査を始める。 連絡を受けた茶子は、藤堂に解剖の執刀を頼み、朝顔にもサポートをするよう指示する。ほどなく、遺体が運びこまれた。丁寧に調べていく藤堂と朝顔。ところがその最中、記録用に写真を撮っていた光子は、あまりの光景にショックを受け、意識を失って倒れてしまう。そんな光子を室外に出し、解剖を続けた朝顔たちは、この男性が30℃以上もあった暑さの中でなぜか凍死していたことを知るが・・・。

朝顔（上野樹里）は、恋人の桑原（風間俊介）からプロポーズされる。が、すでにふたりの関係に気づいていた平（時任三郎）は「あいさつがない」などと言って交際に反対する。あくる朝、平は朝顔と話すことを拒むかのように、いつもより早く出かけようとする。そんな平を玄関まで追いかける朝顔。その時、ふたりのスマートフォンに、火災が発生して死者が出たという連絡が入る。 4人の遺体が朝顔たちのもとに運ばれてきた。捜査を担当する平と桑原は、現場には当時、5人の男性が出入りしていたことを朝顔たち法医学者に告げ、誰が生き残った1人なのかを突き止めるため、朝顔たちに、4人の身元究明を依頼する。茶子（山口智子）が不在の中、朝顔は、藤堂（板尾創路）や絵美（平岩紙）らとともに、1体ずつ遺体の解剖を行うが・・・。

野毛山署管内のハイツで、若い女性の変死体が発見される。朝顔（上野樹里）たちによる解剖の結果、女性は青酸カリウムによる中毒死と判明した。同じころ、東北を訪れていた平（時任三郎）は、地元の主婦からボロボロになった腕時計を見せられる。それを見つけたのは平だった。その主婦は、見つけてくれた人にお礼を言いたくてずっと探していたのだという。そんな折、平の前に義父の浩之（柄本明）が現れ・・・。 桑原（風間俊介）や森本（森本慎太郎）らは、死亡していた女性・松田千佳（本間彩子）の身辺捜査を進めると同時に、彼女が所有するパソコンの解析を依頼する。山倉（戸次重幸）は、ここ2カ月の間に全国で青酸カリによる自殺が3件も起きていることから、関連を調べるよう指示した。帰京後、捜査に加わった平は過去3件の自殺では、いずれもパソコンやスマートフォンのデータがすべて削除されていたことを知る。だが、千佳のパソコンにはデータが残っており、彼女が『おクスリ学院』というサイトを通じて青酸カリを入手していたことが判明する。千佳がやり取りをしていた同サイトの学院長なる人物は、服用する前にパソコン等のデータを初期化するよう勧めていた。平は、サイトの名前を公表して注意喚起をしようと山倉に提案する。だが、それがきっかけで、事件は予想外の急展開となり、朝顔が意識不明の重体で病院へ運ばれることに・・・！

心霊スポットとして知られる場所で、白骨化した遺体が発見される。死後1年半から2年ほど経過していると思われたが、動物に荒らされたためか、いくつもの部位がなかった。また、骨には着衣の一部と思われるボロボロになった白い布がひっかかっていた。 遺体は、朝顔（上野樹里）たちの興雲大学法医学教室に運ばれる。骨だけでは死因の特定は難しいと、平（時任三郎）たちに告げる藤堂（板尾創路）。身元を特定するためには、法歯学者の絵美（平岩紙）の力が必要だった。 解剖台に乗せられた遺体を観察した朝顔は、現場から持ち込まれた骨がひとり分ではなく、小さな骨が混ざっていることに気づく。そこで朝顔は、絵美が歯を調べている間に、光子（志田未来）や高橋（中尾明慶）、検視官の伊東（三宅弘城）らとともに、骨の汚れを落とし、どの部位がなくなっているのかを調べ始める。 一方、遺体の第一発見者となった若者たちから事情を聞いていた桑原（風間俊介）は、彼らが1年半ほど前に動画サイトに投稿された映像を見て現場を訪れていたことを知る。その動画には、白い服を着た男が映っていた。山倉（戸次重幸）は、行方不明者の照合と現場周辺の捜索を命じる。 そんな中、朝顔は、左腓骨と左脛骨がはく離骨折していることに気づいて・・・。

朝顔（上野樹里）は、夫の真也（風間俊介）、4歳になる娘のつぐみ（加藤柚凪）とともに、朝顔の実家・万木家で幸せな日々を送っている。朝顔の父・平（時任三郎）も、目に入れても痛くないほど孫娘のつぐみをかわいがっていた。 この5年の間に、茶子（山口智子）が主任教授を務める興雲大学法医学教室にもいくつかの変化があった。ベテラン法医学者の藤堂（板尾創路）は、著書がベストセラーになったことで世界中を飛び回るようになった法歯学者の妻・絵美（平岩紙）との夫婦格差を嘆いている。医学部生だった光子（志田未来）は医師になり、朝顔たちの影響で法医学の道へと進んでいた。立場が逆転してしまった検査技師の高橋（中尾明慶）は、そんな光子を「光子先生」と呼ぶように。また、アルバイトとして歯科医院の跡取りでもある医学部生の熊田祥太（田川隼嗣）も加わっていた。 絵美が海外出張から戻った日、野毛山署管内の一軒家で男女の変死事件が起きる。依頼を受け、朝顔が現場へと向かうと、この家の主人・黒岩雅樹（岡部光祐）が居間で首をつって死んでおり、妻の多江（片岡礼子）が寝室で死んでいた。第一発見者は次女の友里（小林星蘭）。長女の美咲（恒松祐里）は、看護学生で寮生活を送っているらしい。 多江の姿に違和感を抱いた朝顔は、彼女の体を触ろうとした。ところがその瞬間、検視官の丸屋大作（杉本哲太）から、「触るな」と制止されてしまい・・・。