法医解剖医の三澄ミコトが働く不自然死究明研究所=通称UDIラボでは、全国で発見された異状死体や犯罪死体を引き受け、その遺体を解剖し、死因を究明している。そんなある日、中年夫婦がUDIを訪ねてきた。突然死した息子・高野島渡の死因に納得がいかないという。警察医の見立てでは「虚血性心疾患」(心不全)だが、ミコトたちが解剖をしてみると心臓ではなく急性腎不全の症状が見つかる。早速、薬毒物死を疑い詳細な検査にかけるが、死因となった毒物がどうしても特定できない。そんな折、高野島の同僚女性が原因不明の突然死を遂げていたことが判明する。死因を究明すべく高野島のアパートでミコト、六郎、東海林が調査をしていると、高野島の婚約者・馬場路子が現れる。馬場の仕事は、なんと劇薬毒物製品の開発。馬場が、もしまだ誰も知らない未知の毒物、すなわち「名前のない毒」を開発していたとしたら・・・。これまでの毒物鑑定システムでは「名前のない毒」を検出できない。完全犯罪が成立するのだ。悠然とほほ笑む路子に、ミコトたちはどう立ち向かうのか?

ミコトらUDIメンバーは警察の依頼により、集団練炭自殺の現場に出向く。そこには4人の遺体があり、刑事の毛利は事件性がないと主張するが、ミコトは解剖することを決める。解剖の結果、3人は一酸化炭素中毒で自殺と断定された。ところが、1人の少女の死因は"凍死"であることが判明。さらにその少女の胃の中から、解読不可能なダイイングメッセージが発見される。間違いなく事件であると確信したミコトらUDIメンバーは、所長の神倉に止められながらも、身元不明の少女が残したメッセージの意味を必死で解読しようとする。そんな中、ある理由から突然ミコトは六郎を温泉に誘う。温泉地へと向かったミコトと六郎は、驚くべき事実を突き止める。

ミコトは半年前に発生した"主婦ブロガー殺人事件"の裁判に、代理証人として出廷することになる。被告は被害者の夫の要一。殺害の動機は、妻からの精神的DVによるものだと罪を認めていた。しかし裁判で証拠として提出された包丁が本当の凶器ではないことに気づいたミコトは、凶器の矛盾を指摘。それを聞いた要一も、一転して無実を主張する。裁判は大混乱になり、検事の烏田はミコトに激怒。検察を敵に回すと警察庁からUDIへの補助金にも影響があるのではと所長の神倉が心配する中、ミコトは事件の真実を明らかにするため再び法廷に立つことを決意する。有罪率99.9%のやり手検事とミコトの法廷バトルが始まる!

ある日、ミコトの義母・夏代がUDIラボにやって来た。バイクの自損事故で亡くなった佐野の死因を究明してほしいというのだ。佐野には妻と子どもが2人いたが、バイクの任意保険が切れていた上に生命保険にも加入しておらず、妻の可奈子は子ども2人を抱えて途方に暮れていた。夏代が佐野の勤務状況を確認するため職場であるケーキ工場に行くと、工場長の松永は勤務状態に問題はないと、過労による事故死を否定。さらには、「乗っていたバイクが故障していたのでは?」と責任転嫁する始末。そんな中、ミコトは中堂と木林が車で出かけていく現場に遭遇。2人はいったいどこへ向かったのか?ついに中堂の秘密が明らかに・・・!?

UDIラボの所長・神倉に中堂の過去を問い詰めたミコトは、8年前、中堂が恋人の他殺体を解剖したことを知る。そんなある日、UDIラボに青森からご遺体が届く。解剖を依頼してきたのは鈴木巧で、妻の死因を調べて欲しいという。海に飛び込むところを目撃した人がいたため警察は自殺と判断したが、鈴木は妻が自殺をするはずがないと断言。早速、解剖に取り掛かるミコトたちだったが、葬儀社の木林が血相を変えてUDIへやって来る。なんと、鈴木が持ち込んだのは葬儀場から盗んだご遺体だったのだ。つまり執刀医のミコトは、死体損壊罪という大罪を犯したことになり・・・。

高級ジム主催の合コンパーティーに参加した東海林は、翌朝見覚えのないホテルのベッドで目を覚ます。隣を見ると、昨夜のパーティーに参加していた権田原が死んでいた・・・!混乱した東海林は、ミコトをホテルに呼び出す。店を出た後の記憶がまったくないという東海林だが、ミコトは権田原の遺体を見てあることに気付く。一方、UDIでは中堂と六郎が道端で突然死した男性の解剖を行っていた。偶然にも、その男性と権田原の意外なつながりが判明。警察は連続殺人事件とみて捜査を始めるが、犯人に疑われているのは東海林だった。中堂は「警察の任意同行に応じると殺人犯にされる」と、東海林に逃げるよう促す。ミコトらUDIメンバーは、東海林の容疑を晴らすべく死因究明に奔走する。

ある日、ミコトの携帯に「これを見たら電話をください」と謎のリンクアドレスが貼られたメールが届く。差出人は、予備校で働く弟・秋彦から紹介された法医学に興味を持つ高校1年の男子生徒だ。ミコトがアドレスをクリックすると、「殺人者S」と名乗る学生が、自分が殺したというYの遺体を「殺人実況生中継」としてライブ配信していた。殺人者Sはミコトに対し、「Yくんの死因はなんでしょう?」と挑戦状を叩きつける。もし答えを間違えたら、人質になっているXも殺すという・・・。中堂は挑発に乗るなと止めるが、ミコトはSの勝負に乗ることに。

雑居ビルで火災が発生し、UDIラボに10体もの焼死体が運ばれてくることに。遺体は黒く焼け焦げていて、全員が身元不明の状態。ミコトらUDIメンバーは次々と解剖を進めていくが、身元判明は困難を極める。そんな中、ミコトは9番目の遺体が焼死する前に後頭部を殴られていた可能性があることを発見。腰にはロープで縛られていたような皮下出血も見つかり、単なる火災ではなく殺人を隠すための放火だったのか?と疑念を抱く。また火災現場で唯一助かった男がいることも判明。その男が入院していたのは、六郎の父・俊哉が勤める病院だった。俊哉はUDIを訪ねてきて、男の病状を伝えるとともに、息子を解雇してほしいと申し出る。

火事のあった雑居ビルの隣家から若い女性の遺体が見つかった。現場に向かったミコトと六郎、東海林は、その遺体の口の中に赤い金魚にみえるアザを発見。8年前に殺された中堂の恋人・夕希子にも同様のアザがあり、犯人へつながる証拠でもあった。UDIラボの面々はどのようにして遺体の口の中に赤い金魚のアザができたのかを警察に伝えるが、毛利は過去の3件の事件とは関連性がないと主張。連続殺人事件の可能性も否定し、赤い金魚は正式な証拠にはならないという。そんな中、週刊ジャーナルの記事に不審な点を発見した神倉は、UDIラボの内部に編集部とつながっている人物がいるかもしれないとミコトと中堂に伝え、注意を促す。