A Paris à la fin du XIXe siècle. Diane est une provinciale qui monte au Moulin Rouge en 1892 pour retrouver sa sœur disparue. Elle devient danseuse au sein du prestigieux établissement. Mais elle découvre une série de meurtres et pourrait bien être la prochaine victime...

Alors que la cantatrice vedette Eva Fontaine répète son rôle de la Gitane dans «Carmen» à l'Opéra de Paris, le corps d'une jeune ouvreuse, Manon, est retrouvé dans une loge. Très vite, Paul Santerre, un machiniste, l'amoureux de Faustine Fontaine - la fille de la diva, elle-même soprano - est suspecté puis arrêté. Tout accable le jeune homme. Pourtant Faustine refuse de croire en sa culpabilité et n'hésite pas à faire un faux témoignage pour innocenter Paul qui risque la guillotine. Rien n'y fait. L'affaire fait la une de tous les journaux: «Qui est le tueur de l'Opéra?», le tout-Paris veut savoir. Faustine parvient à convaincre l'inspecteur Lerois de l'aider à trouver le vrai coupable...

En marge de l’ouverture de la Tour Eiffel lors de l’exposition universelle de 1889, trois ingénieurs des entreprises Eiffel sont tués dans des circonstances obscures. Fille de l’un d’eux et récemment divorcée, Louise Massart choque la bonne société par son désir de liberté et se retrouve injustement accusée du meurtre de son père. Internée à la Salpétrière, elle va découvrir grâce à l’hypnose que la clef de l’affaire se trouve en elle, et trouver enfin la force de faire accepter sa différence.

1885. L'inspecteur Edmond Thénard n'a qu'une obsession: mettre la main sur Mercure, cambrioleur de haut vol célèbre dans le tout-Paris. Deux ans plus tôt, le policier était presque parvenu à ses fins en interrompant un cambriolage au Louvre au cours duquel il avait tiré dans le dos du voleur. Du moins le croyait-il... La victime n'était que le complice de Mercure, qui avait pris la fuite non sans blesser grièvement Thénard. Ce dernier ignore que derrière ce pseudonyme un brin céleste se cache en réalité une femme: Constance de Coulanges, une noble ruinée. Toujours aussi téméraire, la jeune femme prépare un nouveau coup: dérober les joyaux de la couronne, pièce maîtresse du Louvre, au nez et à la barbe de son ennemi intime.

A Paris, en 1895, Madeleine Gassard, ouvrière dans une manufacture à soie, est fière de la réussite de son fils Victor, qui travaille à l’Élysée comme conseiller spécial du président. Une nuit, Madeleine et Victor assistent à un meurtre dans les murs du palais. Alors que le fils est interrogé comme témoin clé, Madeleine réalise qu'il cache des informations capitales au policier qui mène l'enquête. En cherchant à percer ce mystère, elle découvre qu'il fait partie d'un complot qui vise à assassiner le chef de l’État.

Paris, 1884. Victoire Missonnier, première étudiante en droit de la Sorbonne, est accusée du meurtre de Maître Charles Sarde. Convaincue de sa culpabilité, la police enquête à charge. En désespoir de cause, Victoire va demander l’aide d’un de ses professeurs de droit pénal, César Garbot, ancien bretteur du barreau. Engagés dans une véritable course contre la montre, ces alliés de fortune, accompagnés de deux étudiants de la promotion de Victoire, tentent de retracer le parcours atypique de la victime, éminent professeur à la Sorbonne qui s’avère être… une femme.