法醫三澄美琴在非自然死亡原因研究所（簡稱UDI）工作，研究所坐落在東京都23區以外的西武藏野市中心，接收全國各地發現的死狀異常或因遇害而死的遺體。每年，這裡受警察和地方自治體委託處理的遺體大約400具。解剖這些遺體並查明死因就是UDI的職責。UDI有兩個團隊——三澄班和中堂班。三澄班的主刀法醫是美琴，臨床檢查技師是東海林夕子，記錄員是久部六郎。中堂班的主刀醫生的中堂系，臨床檢查技師是阪本誠。而統率這兩支富於個性的團隊的人是所長神倉保夫。這天，一對中年夫婦造訪UDI。他們那獨自生活的兒子高野島渡去世了，警察方面判定是虛血性心臟病。高野島夫婦不認可這個死因，因為兒子很年輕，喜歡登山，身體健康，就算是外行也不相信這樣的人會有心臟病。他們希望警方能調查兒子的真正死因，但警方以案件沒有疑點為由拒絕了。美琴等人馬上開始解剖。結果發現心臟沒異狀，反而發現了急性腎功能不全的症狀。美琴懷疑是毒藥致死，進行了詳細調查，卻不能確定是哪種毒藥導致死亡。這時，傳來消息，和高野島一起工作的年輕女同事在高野島去世的第二天也突然死亡，死因不明。為了查明死因，美琴、六郎和東海林一起去了高野島的公寓，遇到了高野島的未婚妻馬場路子。馬場也是高野島遺體的第一發現人。他們聽說馬場的工作是開發某種劇毒藥品。因為沒人知道的毒藥，所以她開發的是「無名毒」。在現有的毒藥鑒定體系中，法醫只能用已知的毒藥進行對比檢測，所以沒法檢出「無名毒」。也就是說高野島是被害的。當馬場被問及高野島死亡時她是否有不在場證明時，她竟微笑著說她一個人在家，所以沒有不在場證明。

美琴所在的UDI團隊接到來自警方的委託，到集體燒炭自殺的現場進行勘查。現場有四具遺體，刑警毛利主張這不是案件，而美琴決定進行解剖。解剖結果表明，有三人是一氧化碳中毒，可以斷定為自殺。但是，有一個少女的死因卻是「凍死」的。而且不可思議的是，在她的胃裡發現了呼救紙條。美琴確信這是一起殺人案。她和六郎等隊員不顧所長神倉的阻止，嘗試解讀身份不明的少女留下的信息的意思。為了更快破案，美琴邀請六郎去溫泉。前往溫泉時，美琴和六郎發現了令人震驚的事實。而此同時，生死攸關的危機也向二人襲來。

美琴作為半年前發生的「主婦博主殺人案」的證人出庭。被告是被害者的丈夫要一。他承認有罪，說殺人動機是不堪忍受妻子的精神虐待。然而，在審判中，美琴發現作為證物提交的菜刀並非真正的凶器，她當場指出了這一點。聽到她的話後，被告要一也突然翻供，聲稱自己無罪。法庭上一片混亂，檢察官鳥田很生氣。所長神倉擔心與檢察廳作對會影響警察廳給UDI的撥款，而美琴則決心再次出庭以便找出此案的真相。於是，她與能顛倒黑白、檢控成功率高達99%的檢察官，在法庭上展開了對決。

UDI接到美琴的母親、律師夏代解剖屍體的委託。夏代想探明年紀輕輕就因摩托車事故而去世的佐野的真正死因。佐野與妻子及兩個孩子一起生活，他的摩托車意外險過期限了，而且沒有買人壽保險，所以他的妻子可奈子走投無路。夏代想幫助可奈子，所以委託UDI解剖佐野的屍體。佐野發生事故的原因，有三種可能性：第一，佐野因在工廠長時間工作造成過度疲勞；第二，他駕駛的摩托車在修理時出現失誤；第三，他的專職醫生漏診，沒有發現他患有疾病。死因不同，責任方就會不同，所以對遺屬來說，查明死因是當務之急。而且，受懷疑的工廠廠長、摩托車維修店的店長，以及醫院的律師都來到UDI，他們互相推卸責任。秉持中立立場的美琴團隊著手進行解剖，發現佐野是死於意外原因。另一方面，UDI收到威脅信，信上寫著「如果你不自動消失就要受到制裁」。中堂說這是寫給他的。由於這件事，經常驅使殯儀館的木林、舉止怪異的中堂的秘密終於曝光了。

阪本辭職後，UDI人手不足，所以中堂暫時加入美琴的團隊作為支援。這一天，一個叫鈴木巧的人委託UDI解剖他溺水而死的妻子。因為有人看到他妻子跳海，所以警方斷定她是自殺，不過，鈴木認為妻子不應該會自殺，故而專程從青森來到UDI求助。很快，美琴開始進行解剖，就在這時，殯儀館的木林神色緊張地跑到UDI。原來，鈴木帶來的遺體是從火葬場偷走的。也就是說，主刀醫生美琴犯下了損害遺體的重罪。美琴想知道鈴木不惜偷盜遺體也要請UDI解剖的目的到底是什麼。

東海林參加了高級健身房舉辦的一個聯誼派對，第二天一早醒來時，發現自己躺在酒店的床上，而身邊是昨晚參加派對的權田原的屍體。東海林腦子裡亂糟糟的，連忙打電話把美琴叫到酒店。美琴向她瞭解詳細情況，而東海林完全不記得離開派對後發生了什麼。這時，美琴注意到權田原的遺體有點異樣。另一方面，在UDI，中堂和六郎正在解剖一位在道路邊猝死的男性的屍體。很偶然地，那位男性被發現與權田原有著令人意外的關聯。警察視這兩起案件為連環殺人案，開始進行調查，東海林成了嫌疑人。中堂說如果隨警察去警局協助調查就會被當成殺人犯，勸東海林快點逃走。美琴等UDI成員則致力於查清死因以洗清東海林的嫌疑。

某日，美琴的手機收到一條神秘短信，上面寫著「如果看到這個請回電話」，下附鏈接地址。發信人是美琴在預科學校工作的弟弟介紹的高一男生白井，據說那個孩子對法醫學感興趣。美琴點擊了鏈接，結果看到一個直播視頻。那是由叫「殺人者S」的學生發佈的「殺人實況直播」，畫面上展示的是Y的遺體，「殺人者S」稱人是自己殺死的。「殺人者S」向美琴發起挑戰，問她Y的死因時什麼。如果美琴回答錯誤，那麼，人質X就會被殺。中堂說這是挑釁，但美琴還是不顧他的阻止，決定與S決一勝負。然而，僅憑直播畫面上的影像，美琴無法確定死因。而這一事件背後還隱藏著其他秘密。

在一棟商住兩用大廈裡發生了火災，十具被燒死的屍體被送到UDI。屍體燒得焦黑，全體都身份不明。因為數量太多，美琴、中堂等UDI成員，以及前來支援的阪本，一起進行解剖，但是要查明死者的身份十分困難。另一方面，神倉去拜訪他仰慕的將棋老師。老師的妻子一年半以前去世後，是由UDI負責解剖的，但是，老師至今不能接受妻子去世的事實，所以拒絕拿回遺體。在UDI，根據美琴等人的解剖結果，第九位死者很可能在燒死前後腦部遭到重擊，另外，死者腰部有像是被繩索捆過造成的皮下出血，美琴懷疑這不是單純的火災，而是兇手為掩蓋殺人而放火。火災現場唯一的生還者高瀨正住在六郎父親俊哉的醫院裡。這時，俊哉造訪UDI，一是告知生還者的狀況，二是要求UDI解雇他的兒子六郎。

人們在放於一所空房中的施行箱裡發現了一具年輕女性的遺體。美琴在檢查遺體時，發現死者口中與中堂的戀人夕希子一樣的「紅金魚」印記。這種口中有「紅金魚」印記的屍體，包括夕希子在內一共有三具。UDI認為這些有「紅金魚」印記的死者極有可能是被同一個兇手所害，並把此事報告了毛利刑警。但是行利說沒有正式的證據，所以沒有理會UDI。即使如此，美琴等人為了解開兇手留下的提示，開始解剖行李箱中發現的女性遺體，調查她的死因。遺體胃內的東西散發著強烈的腐敗的氣味，這讓美琴感到不對勁兒。另一方面，神倉看了過去週刊上登的有關UDI的報道，心中產生懷疑。他到警察廳造訪時，又看到更觸目驚心的報道。

涉嫌殺害以中堂的戀人夕希子為首的多名女性的高瀨，突然向警方自首。然而，他只承認破壞遺體，否認殺人。因為沒有他殺人的直接證據，美琴等人一邊恨得咬牙切齒，一邊繼續尋找能將高瀨定罪的證據。這時，六郎為週刊提供UDI情報的事曝光，UDI面臨崩壞的危急局面。