中国香港警察唐朔，在开车前往机场的路上，接到了同事的求助破案的电话。因为这通电话，唐朔耽误了飞往首尔的航班，令相恋多年、正在筹备婚礼的韩国女友李美熙感到失望，当晚回家的路上，李美熙身首异处。得知消息后悲愤不已的唐朔，决定亲自找出凶手，协助在韩国负责此案件的好友申俊贤破案。而唐朔也在青梅竹马的好友华人记者王安琪帮助下，住进了华人留学生、黑客高手周浩辰的家。就在这一天，高级酒店的电梯间，一个援交女被人割头杀害。根据电梯割头案的现场线索，唐朔破获了凶手用钢丝杀人的诡计，并断定这是一起有针对性的连环杀人案件，这一精彩的推论，也让唐朔赢得了申俊贤带领的警方团队（郑彩恩、李泰锡等人）的信任。申俊贤带唐朔回到了李美熙死亡的案发现场，唐朔根据现场遗留的痕迹判断出这仍是钢丝割头的诡计，只不过凶手一直开车跟在李美熙的身后，而警方后来调出的监控录像也正证实了这一点，但是凶手的动机不明。

在李美熙的葬礼上，李美熙的父母将她的日记交给了唐朔，唐朔却注意到一个在远处默默关注着一切的女人。葬礼后，韩国某高校出现了恐怖的尸块，王安琪的报道让案件迅速得到了全民关注，申俊贤与唐朔同时注意到了是相同手法的密室杀人，却没有想到验尸报告的结果显示——这是这起连环杀人案件的起点。和申俊贤一同重返现场的过程中，唐朔发现了凶手用冰块隐藏尸块的作案手法，随后申俊贤确认了死者的身份——该校学生金美宣，是个人人皆知的应援女。申俊贤来到金美宣的家中，发现了大量的现金和应援记录，开始怀疑凶手针对的都是“妓女”人群，这让唐朔承受了巨大的压力。他在汉江边翻开李美熙的日记，陷入了愧疚与迷惑的情绪，暗恋唐朔许久的王安琪则想尽办法宽慰唐朔，却无济于事。唐朔找到了一直在葬礼上见到的女人尹智慧，得知她才是凶手真正的目标——为了生计所迫而不得不卖淫，尹智慧说出了自己猜测的凶手。

同一时间，申俊贤也根据第一名和第三名死者手机的通话记录，发现了嫌疑人崔正浩，然而崔正浩却已经失踪多日。暴雨中，崔正浩在黑暗的封闭水泥房里醒来，他摸到了身旁的女尸，尖叫不已，晕厥过去。第二天早上，工友们发现了突然出现的水泥房，砸破水泥砖房，却见到了令人惊悚的一幕。申俊贤和手下到达水泥砖房现场，发现又是一起密室杀人，奄奄一息的崔正浩咳嗽着醒来。此时，唐朔也循着尹智慧的线索找到崔正浩，却只见到疾驰而过的救护车。医院里，唐朔冲进病房，崔正浩却因为严重缺氧而变得痴傻，唐朔不相信崔正浩是凶手，申俊贤顶住上司压力带唐朔去现场，而王安琪也暗藏在车中跟随两人。在水泥密室，唐朔根据地上的灰烬、墙上的小孔破解出凶手用硬纸板做墙、从百叶窗灌入水泥、最后燃烧造成密室的诡计。王安琪整理线索，意识到唐朔已率先找到尹智慧，两人发生争执。另一边，申俊贤带手下拆除密室，找到了尹智慧的头颅。

申俊贤拿出化验报告表示唐朔的推理错误，但是唐朔依旧坚信崔正浩不是凶手，凶手另有其人，申俊贤责怪唐朔不提前告诉自己，导致了尹智慧的死亡。王安琪在电视台领导张慧妍的鼓励下，决定假扮妓女引出凶手，却令自己陷入危机。唐朔循着周浩辰对王安琪的定位，找到了王安琪被绑架的地点，却没有追上凶手，唐朔寻求申俊贤的帮助，并推理出第一个砸开水泥密室的人才是真凶。申俊贤带唐朔再次回到水泥密室现场，唐朔推翻了自己此前的推论，找到了密室真正的诡计，申俊贤等人则根据证词，抓获了不打自招的李东旭。

在唐朔的审问下，李东旭交代了犯罪动机，然而在指认现场的时候他从密道逃走，在追捕过程中，李东旭坠楼身亡。然而唐朔回忆起事情经过，认为李东旭死因蹊跷。唐朔请王安琪帮忙翻出了李东旭坠楼的视频，发现了李东旭被谋杀的线索。警局发布会，局长赵昌民已以李东旭畏罪自杀在媒体上公布结案，唐朔冲进现场大喊着自己有证据证明李东旭不是凶手，却被警方拽走。不得已之下，唐朔再度潜入李东旭家，和王安琪一同找到了一张名为《夜雾》的琴谱。

唐朔开始着手调查这份琴谱，得知某琴行老板曾为李东旭弹奏过，唐朔只身冒着大雨找到了其所在的教堂，然而老板却对此一无所知。唐朔在牧师Samuel的安慰下，心绪缓和。黑帮老大千胜元死在了桑拿房，申俊贤在现场发现了一只古怪的木头青蛙玩具。申俊贤打电话给唐朔求助，电话里竟传来了《夜雾》的声音。赶往现场的唐朔，认定一切有所关联，他破获了杀人的诡计，并发现凶手就是黑户店员。而与此同时，在一家鱼缸店里，一具掩埋在鱼缸沙土中的尸体被人发现。

张惠妍主动将“华人神探”的选题交给王安琪，唐朔对此不置可否。鱼缸店现场，再次发现了青蛙，死者金在学又是独自一人在上锁的房子里死亡。随后，申俊贤探访金正学女友尹娜美，并未得到任何有效信息。唐朔则根据玩具厂的青蛙订单，发现了嫌疑人全多俊，并根据青蛙数量指出还会死亡两人，但全多俊的信息却没有在人口记录中搜查出来。

申俊贤再次找到尹娜美，从其口中得知了金正学死前曾受千胜元的影响，预知了自己的死亡。同时，千胜元的母亲说出了孩子在高中毕业旅行后突然转变的情况。王安琪则以青蛙为突破口翻查电视台的记录，并受到了张慧妍的点拨。经过各方调查，几路线索都讲犯罪嫌疑人锁定在了全多俊母亲全恩清的身上，然而警方迅速赶往全恩清家，门打开却掉出了一具烧焦的尸体。

尸体被烧焦，现场却发现了朴河龙的衣物。申俊贤请朴河龙妻子接受调查，一无所获。赶往张哲雄家的唐朔，却意外发现了与死者对应的信息，但死者的嫁祸手法明显是朴河龙所为。唐朔汇总线索推断出全多俊被几人杀害的隐情，此时，朴河龙已先一步被全恩清找到，捆绑到大货车上，他以全多俊的尸体所在为要挟脱险，随后更在路途中告诉全恩清自己掩埋时才发现全多俊还活着，并最终杀害他的真相。在看到孩子尸体的那一刻，全恩清崩溃哭泣的挖着尸骨，反被朴河龙所杀。王安琪发现朴河龙埋藏尸体的地点是千佛洞溪谷，唐朔和申俊贤赶往，路上更得知全多俊是瞎子，赶到时只看到死前哼着歌谣的全恩清，和肩膀中枪的朴河龙。朴河龙再次演戏，表明自己是无辜的，根本不接受非韩国警察的唐朔问话，气愤中申俊贤和李泰锡痛打朴河龙，逃跑中朴河龙被车撞死。

唐朔与申俊贤在拳击场对打，唐朔发现申俊贤有杀死朴河龙的意图，他怒斥申俊贤并表示复仇永远不能代表正义。夜晚，知名APP目击者的大楼有人坠楼，现场留下血迹，警方却没有找到尸体。随后，永东街发生类似案件。第二天，电视台收到与两死者血液吻合的尸块，并确认死者身份：目击者app的合伙人李京浩和朴成哲。唐朔反思前面两宗大案，认为背后还有出谋划策者，因此还将发生连环案件，并感觉所有案件都与电视台有关。郑彩恩在死者家中发现了凶手预言杀人的视频，因此发现了目击者app作为不良媒体，为追求利益而不惜牺牲任何人的隐情。警方向合伙人之一的金浩宇问询，却一无所获。当晚，再次有人坠楼，尸体消失。

唐朔赶到现场，发现同样是尸体消失的诡计，申俊贤确认死者为警察局长赵昌民与目击者app的崔艺珍，两人地下情随即曝光。隔天，电视台再次收到了寄来的尸块。唐朔破解了尸体消失的诡计，而申俊贤则调查发现五年前的旧案——缉毒警韩东盛曾被目击者app曝光，随后被赵昌民带领毒枭分尸杀害，目击者app和赵昌民都成为了受益者。然而，唯一的嫌疑人金浩宇再次坠楼了。第二天，有人发现韩东盛的墓地被人插上了布满尸块的十字架。警方通过韩东盛的女婿朴太郁发现了有金浩宇笔记的忏悔信，意识到金浩宇的假死。

唐朔和申俊贤驱车赶往金浩宇家，震惊的发现了屋子里留下的童年被虐待的痕迹。王安琪在电视台四处寻找机位图，被张惠妍抓住，对话中，王安琪对张惠妍的所有崇拜幻灭，张惠妍却利用王安琪要挟赶来的唐朔。

两难之中，唐朔选择了救王安琪，最终张惠妍被唐朔枪杀。唐朔被捕入狱，在狱中却听到了《夜雾》的口哨声响起。

唐朔收到了李美熙带血的戒指，答应帮助北泽野越狱。北泽野的录音和灭罪门的logo终于让申俊贤相信了一切，警方从中发现了生命之花与猎户座的星图，并在专家的咨询中意识到北泽野有童年阴影，申俊贤带着手下翻查旧案，找到了北泽野曾全家被灭门独自存活的惨案。王安琪则在唐朔的提示下去往石村湖，果然从掌船人口中得知北泽野的过去，他曾深爱着一个女孩。为了更好的越狱，唐朔在北泽野的点拨下，招募了两大帮手：金斗汗和赵大宇。三人共同行动，摸清了越狱的路线，只是还需要外面的人配合。唐朔找到王安琪，并表示自己不能再失去李美熙，王安琪说服周浩辰做好树莓派道具。几人约定，在平安夜当晚制造混乱逃离。

申俊贤找到北泽野家灭门惨案的老警察，发现案情并不简单，有严重创伤后应激障碍的北泽野，似乎还有着更隐秘的过去。临行前一晚，唐朔和金斗汗、赵大宇三人共同将需要用的道具在每一个关口隐秘藏好，唐朔找到北泽野，发现他一直在擦拭自己过去家的模型。唐朔与申俊贤见面，申俊贤已经从王安琪处知道了唐朔的越狱计划，为了朋友申俊贤决定不惊动警方，等待在出口处抓获北泽野。唐朔则告诉申俊贤，北泽野在外面很可能还有一个手下X。平安夜，周浩辰利用送面包的机会，将树莓派送入监狱。随后，唐朔故意惹怒小猫咪，进入禁闭室，周浩辰随即黑入监狱监控系统。7点整，唐朔利用狱警抽烟间隙，打开指纹锁，接上北泽野，周浩辰篡改了监狱监控令几人不被狱警察觉。随后，赵大宇和金斗汗在监狱中制造暴动，越狱即将启动。

唐朔在危难中解锁北泽野牢房密码，将其带走。与此同时，小猫咪也开始了追击。等狱警发现唐朔等人从厨房逃跑时，唐朔等人已进入下水道，面对狱警的追击，北泽野挑拨金斗汗枪击了脚被卡住的赵大宇。等待在街市的申俊贤，却不知道王安琪在不知不觉中跟上了自己。小猫咪终于堵住了唐朔等人的出路，却因配电室漏电，反被自己的男宠杀害。最后一刻北泽野却不走了。

为了李美熙唐朔只得独自越狱，然而申俊贤在出口却没有等到唐朔。流星雨滑过，唐朔孤独的跑进黑夜。唐朔根据北泽野给的地址，直奔李美熙的住处。而此时，监狱中的北泽野则秘密录像给媒体，预言唐朔将制造爆炸案。唐朔找到了李美熙，然而事与愿违，唐朔的情感终于全然幻灭，这一切都被申俊贤看在眼里，两人决定要彻底击垮北泽野。临走前，唐朔根据线索，推断出X就是赵明哲。唐朔和申俊贤赶往秘密料理店，赵明哲在坦言一切后，启动爆炸自杀。

唐朔和申俊贤赶往秘密料理店，赵明哲在坦言一切后，启动爆炸自杀。北泽野的第一个预言成真，媒体疯狂报道，北泽野又说出了第二个爆炸预言，并要挟政府配合自己。申俊贤带走唐朔后，独自去北泽野家调查。唐朔则和王安琪一起找到了北泽野牵挂的女孩申爱，警察局爆炸，申俊贤在大火中救下了郑彩恩。唐朔则主动打电话自首，要求配合北泽野进行全民大直播。北泽野在大直播前放出了自己对申爱的告白视频。随后，唐朔进入大直播，指出了北泽野设立灭罪门以暴制暴对生命的不尊重，北泽野则强调自己的方式才能拯救灵魂，而唐朔的意外介入，让自己更快走上了巅峰。

唐朔利用北泽野家当天的证据，与申俊贤配合，令北泽野显出原形，他的童年遭到深信精英教育的父亲虐待，痛恨家人，因此找到三个男青年在十八岁生日当天制造了灭门惨案，却没想到那三个男青年轮奸了申爱，目睹一切的北泽野却没有救下申爱，他一切自私的谎言都被拆穿。最后，唐朔撒谎申爱在警察局中爆炸，终于令北泽野崩溃，被警察打伤。一切结束都结束了，每个人都开始了新的生活，唐朔坚定了对正义的信念，重新回到了香港。然而在关押北泽野的医院病房楼道内又响起了夜雾的口哨声。