湯川學（由福山雅治飾演），即將成為帝都大學物理系教授的物質科學奇才，其思維方式獨特超凡。一日，警探內海薰（柴崎幸飾）負責一起怪異縱火殺人案，雖感疑惑但仍迫切想找出兇手，在同事們建議下，她請求湯川學協助調查。儘管最初拒絕參與，最終還是被內海薰堅決不懈的精神所說服而同意合作辦案。通過詳盡調查及運用豐富的物理知識，湯川學揭曉了兇手的手法並幫助順利破案。隔日，內海薰再次遇到一個奇特命案：一名叫忠廣的孩子稱自己靈魂離開身體見到過嫌犯車輛。若此為實話，則可洗脫嫌犯之罪；然而警局怎會把靈魂作證當成事實呢？莫非他在撒謊嗎？於是，內海薰再向導師——湯川學求援。現場驗証後，湯川學確認忠廣確實目擊到了疑犯的車輛，從而讓無辜的人得以豁免，同時證明所謂“靈魂出竅”是荒誕不經的說法。隨著一系列複雜難解的案件接踵而至，湯川學以其機敏聰慧遊走於這些詭秘迷霧之中，一次次展現了他的智慧與才能。