ある陰惨な事件を経験した過去を持つ 真野礼二（錦戸 亮）は、警視庁科学捜査研究所法医科に所属する法医研究員。「鑑定結果こそ真実」という信念のもと、膨大な知識と高い鑑定技術、他者とは違う着眼点を持つ真野は、周囲からその実力を高く評価されている反面、クールで協調性がなく、必要以上に人と係わろうとしないことから科捜研内では浮いた存在でもあった。ある日、真野の上司である法医科科長の海塚律子（小雪）は、相楽一臣（山崎樹範）や市原 浩（遠山俊也）、水沢英里（岡崎紗絵）ら法医研究員たちに新人の沢口ノンナ（新木優子）を紹介する。大学院で遺伝子の研究をしていたノンナは、大学OGの律子に誘われて科捜研に入所したものの、遠い世界の出来事だと思っていた殺人事件に係わることに戸惑いを隠せないでいた。するとそこに、警視庁捜査一課の刑事・虎丸良平（船越英一郎）と猪瀬祐人（矢本悠馬）、鑑識員の沖田 徹（加藤虎ノ介）らがやってくる。イベント会場で発見された、切断された左手の鑑定結果を聞きに来たのだ。鑑定を担当した真野は、付着物の中から珪藻と通常の20倍のマンガンが検出されたことを伝える。それを聞いた虎丸は、即座に多摩川の捜索に向かおうとした。そんな虎丸に、多摩川を探しても意味がない、と告げる真野。だが虎丸は、捜査方針に口を出すのか、と真野を睨みつけると出ていってしまう。すると真野は、おもむろに臨場の準備を始め、特殊な珪藻の生息域で、域内にマンガン鉱山の跡地がある日原川に向かうと言い出す。律子は、真野の勝手な行動を非難する研究員たちの言葉を受け流すと、ノンナに同行を指示し、「しばらく彼について学びなさい」と続けた。現場に到着した真野とノンナは、ほどなくそこでバラバラに切断された女性の遺体を発見する。そこには土に半分埋もれた一輪の花もあった。司法解剖の結果、死体は10の部位に切断されており、死因は心臓を刃物で刺されたことによる失血死。死亡推定時刻は４日前の深夜だった。また被害者は、生前、恒常的に暴力を受けていたことを示す痕跡もあった。そんな中、被害者は娘かもしれないという五十嵐千鶴（森口瑤子）と、千鶴の再婚相手で著名な教育評論家の康信（吹越 満）が警察署を訪れるが…。

科捜研の法医研究員・真野礼二（錦戸 亮）と沢口ノンナ（新木優子）は、捜査一課の虎丸良平（船越英一郎）から東凛大学病院の外科医・真田和寿（名高達男）が殺害された事件に関連するDNAの照合鑑定を依頼される。事件が起きたのは、真田の教授就任を祝うパーティーでのことだった。席を外したまま戻らなかった真田を探しに行った娘の有里（関めぐみ）が、控室のバルコニーから転落死している父親を発見したのだ。そのとき有里は、現場から逃走する男の姿を目撃していた。真田の首には刃物を突き付けられたような傷があり、男の逃走経路には血痕が残っていた。また、バルコニーの手すりには真田の靴の跡があった。これらの状況から、犯人は真田にナイフを突きつけたが抵抗されて傷を負い、バルコニーを乗り越えて逃げようとした真田を突き落としたのではないかと考えられた。警察は、防犯カメラの映像から被疑者の宮永 渉（篠原 篤）を拘束していた。現場から採取された血液と宮永のDNAが一致すれば事件は解決だと意気込む虎丸。しかし、照合の結果は不一致だった。虎丸は、捜査一課長の江波清志（篠井英介）から、1週間以内に犯人を逮捕できなければ班を解散させる、と叱責されるが、それでも犯人は宮永だと主張。真野やノンナらを連れて事件現場のレストランを徹底的に調べ直す。だが、仕事へのプレッシャーから眠れない日々を過ごしていたノンナがふいに意識を失って倒れてしまい…。

科捜研の真野礼二（錦戸 亮）は、絞殺されたものと思われる8歳の少女（高松咲希）に関する鑑定を依頼される。被害者は、同級生の三島唯（稲垣来泉）と公園内の山林に基地のようなスペースを作って遊んでいた。夕方、唯は先に帰ったが、被害者の母親から娘が帰宅しないとの通報があり、翌朝、遺体となって発見されていた。死因は窒息死だった。また被害者の通う小学校付近では不審者の目撃情報もあったという。ノンナ（新木優子）とともに付着物のDNA鑑定などを行った真野は、被害者に暴行された形跡がないことを確認する。するとそこに、虎丸（船越英一郎）の先輩でもある刑事・鶴見茂（大地康雄）が現れる。鶴見は、20年前と10年前に起きた連続幼女殺人事件を追っており、今回のケースも犯行手口が酷似していることから情報を求めにきたらしい。実は鶴見たちは、10年前に被疑者として西内智幸（池内万作）をマークしたが、証拠不十分で逮捕出来ずにいた。その西内は、被害者も時々訪れていた児童館のボランティア職員だった。虎丸は、被害者の両親・松戸志津香（松本若菜）と直樹（永岡佑）に会いに行く。だが、志津香と直樹は、お互いに責任をなすりつけ、ケンカを始めてしまう。そんななか、真野たちは証拠を求めて臨場に行く。そこで、木の枝が折れていることに気づいた真野が周辺を調べると、タバコの吸い殻が落ちていた。吸い殻から採取した検体のDNA型は、西内のDNA型と一致し…。

科捜研法医研究員の相楽（山崎樹範）の兄・浩司（やべきょうすけ）が遺体で発見される。発見場所は浩司のアパートで、第一発見者は、アパートの大家から浩司と連絡が取れないとの連絡を受けて訪れた相楽だった。死因は、頸動脈を切られたことによる失血死で、凶器は部屋にあった包丁だった。また、室内は荒らされており、財布や預金通帳等がなくなっていた。真野（錦戸 亮）とノンナ（新木優子）は、臨場要請を受け現場に向かった。そこで虎丸（船越英一郎）は、遺体に首以外の傷がないことから、強盗に見せかけた顔見知りの犯行だと主張する。真野たちの鑑定によれば、室内から被害者以外のDNA型は見つからなかった。だが真野は、収納ボックスの引き出し内に付着した一滴の飛沫血痕が気になっていた。虎丸が主張するように、犯人が浩司を殺してから強盗に見せかけて部屋を荒らしたのなら、引き出しの内側に血痕がつくはずはないからだ。事情聴取で相楽は、浩司とは何年も会っていないと話す。浩司は嘘を並べて家族や友人から金を借りており、相楽自身も300万円ほど貸したままだという。アイツは殺されても仕方のない嘘つき野郎――相楽はそう言い放つ。浩司は、金を借りた相手と金額を書き残していた。そのリストを元に犯人を絞り込もうとする虎丸たち。同じころ、浩司が3000万円の定期生命保険に入っており、今月で保険期間が終了することが判明する。虎丸たちは、受取人になっていた浩司の元妻・千尋（瑛蓮）に疑いの目を向けた。しかし、千尋が証言した通り、見つかったのは古い保険証券で、受取人は浩司の叔母に変更されており、その叔母も3年前に他界していた。ノンナは、事情聴取から戻った相楽に、犯人が最初に部屋を荒らしていたことを報告する。だが相楽は、鑑定依頼もない作業をしている真野とノンナに苛立ち、余計なことはするなと怒りをぶつける。そんな折、浩司の携帯電話履歴から、事件の3日前、相楽に何度も電話していたことが判明する。しかもその日、ふたりが会っていたこともわかり…。

科捜研の 真野（錦戸 亮）のもとに、捜査一課の刑事・虎丸（船越英一郎）から鑑定依頼が届く。黒鷹山の山道付近で殺害遺体が発見されたのだ。被害者は、スナックに勤める海東奈津美（滝沢沙織）。死因は頭部を強打されたことによる脳挫傷で、死後３日が経過していた。また、遺体の周辺からは、被害者とは違う人物の毛髪が見つかっていた。毛髪のDNA鑑定を行ったノンナ（新木優子）は、それが18年前に誘拐され、そのまま行方不明になっている幼児のものであることを知る。18年前に起きた『鶴竹町幼児誘拐事件』は、スーパーで買い物中の母親・島本彩花（矢田亜希子）が目を離した隙に、娘・ユウちゃんが誘拐された事件だった。彩花と父親の彰（山中 聡）は、誘拐犯からの指示に従って身代金を届けた。だが、ユウちゃんがいるというコテージにはその姿はなく、代わりに誘拐犯と思われる暴力団の準構成員・神崎徹（石垣佑磨）の遺体があったのだ。彩花たちはそこで初めて警察に通報したが、結局ユウちゃんは行方不明のまま。身代金も消え、神崎を殺した人物の正体もわかっていなかった。虎丸は、今も娘の行方を探して街頭でビラ配りをしている彩花たちに事情を伝え、協力を要請した。そんな折、遺体で見つかった奈津美が、18年前に鶴竹町に住んでいたことが判明する。一方、真野は、明日が休日だというノンナに、予定がないなら付き合ってほしい、と声をかけ…。

真野（錦戸 亮）のもとに、「君のお兄さんのことで話がある」という正体不明の男からの電話があった。真野は、指定された場所で男を待ち続けた。だが、そこには誰も現れなかった。そんな折、河川敷でホームレス男性の変死体が発見される。被害者は新妻大介。高校3年生のときに失踪して以来行方不明だった男で、捜索願も出されていた。死因は溺死だったが、肺や喉、鼻の奥には液体が残っていたものの、体には濡れた痕跡はなかった。また、現場には血液のようなものが付着した軍手も落ちていた。虎丸（船越英一郎）たちは、科捜研の海塚（小雪）に、遺体から採取した液体と軍手の検査を頼むとともに、臨場を依頼する。海塚は、それを英里（岡崎紗絵）に任せようとした。しかし、現場がホームレスのたまり場ということもあって若い女性ではない方が良い、という沖田（加藤虎ノ介）らの意見もあり、真野が担当することになる。そこに、何故かノンナ（新木優子）も加わることになってしまい…。鑑定の結果、液体は水道水で鉄の錆と思われる成分が検出された。一方、軍手にはいくつかの小さな穴が開いており、男性ひとり、女性ふたりの古い血液が付着していたが、データベースで照合しても身元は不明だった。また、軍手の内側から検出された皮膚片は、DNA鑑定の結果、被害者とは別の人物のものだった。臨場に向かった真野たちは、現場付近の水道から水を採取する。するとそこに、早川尚文（萩原聖人）が献花を持って現れた。早川は、新妻の高校時代の担任なのだという。虎丸は、新妻が失踪した理由を早川に尋ねた。そこで早川は、新妻の友人が家族を刺殺して自殺したことにショックを受けていた、と話す。それは、25年前、真野の家族が殺された『武蔵野一家殺人事件』のことだった――。

真野（錦戸 亮）は、25年前に殺害された当時高校生の姉・仁美（夏子）が妊娠していたことを知る。真野は、兄の義一（倉悠貴）も通っていた高校の教師・早川（萩原聖人）に会い、姉に関する情報を求めた。真野（錦戸 亮）は、25年前に殺害された当時高校生の姉・仁美（夏子）が妊娠していたことを知る。真野は、兄の義一（倉悠貴）も通っていた高校の教師・早川（萩原聖人）に会い、姉に関する情報を求めた。一方、虎丸（船越英一郎）は、捜査一課長の江波（篠井英介）から、都議会議員・伊集院和明（徳重聡）の秘書が起こした交通事故の捜査を手伝うよう命じられる。事故は、真夜中に徘徊していた認知症の高齢男性が、伊集院の秘書・住井葉子（河井青葉）が運転する車にはねられて死亡したというもので、車には伊集院も同乗していた。所轄の刑事・柏原依子（宇野実彩子）とともに捜査を始めた虎丸は、真野たちに事故車の調査を依頼する。虎丸は、運転をしていたのは葉子ではなく、飲酒していた伊集院ではないかと疑っていた。実は、事故発生から通報までに約1時間のタイムラグがあったが、その間、伊集院と葉子は事故の衝撃で意識を失っていたというのだ。そんな折、ノンナと一緒に合コンをした亜希が階段から突き落とされ、バッグを奪われるという事件が起きる。さらにそのすぐ後、今度は英里がひったくりに襲われ…。

真野（錦戸 亮）は、友人を刺殺した男の事件を担当する。「同居している友人を刺殺した」と警視庁に通報が入った。自首してきた御手洗治（渋谷謙人）によれば、夜9時半に帰宅後、口論をきっかけに同居する友人・根岸秀司（落合モトキ）をナイフで刺したという。死亡推定時刻は夜9時から11時ごろ。死因は出血性ショックで、凶器には御手洗の指紋が残っていた。事件から２日後、 ノンナ（新木優子）は、妹の カンナ（山谷花純）から、高校時代からの友人だという人気女優・橋本梨央（石井杏奈）を紹介される。実は梨央は、御手洗や根岸とは同じ児童養護施設で育った幼なじみだという。梨央は、家族同然で暮らしたふたりが殺人事件に至る理由がわからず、事件を調べ直してほしいとノンナに懇願する。ノンナから話を聞いた真野が捜査資料を見直すと、夜11時ごろに根岸を刺し、すぐに警察に通報したという御手洗の供述に不審を抱く。鑑識が事件現場の写真を撮影したのは、通報から1時間ほど後の深夜0時ごろ。にもかかわらず、現場の血液は完全に乾いていた。血液の量から推測すると、乾くまでには最低２時間は必要だという真野。つまり、殺害してから通報するまでに１時間以上の空白の時間がある、というのだ。真野は虎丸（船越英一郎）と共に捜査を始める。殺害現場に臨場した真野は、珍しい種類のネコの毛を発見する。都内のペットショップを当たると、フリーライターの益山英彰（弓削智久）という男が最近そのネコを購入していた。だが、虎丸が益山のマンションを訪れると、益山は何者かに殺害されていて…。

家族が殺害された25年前の『武蔵野一家殺人事件』を追う 真野（錦戸 亮）は、高校教師の早川（萩原聖人）から、殺害された時に妊娠していた姉・仁美（夏子）に関する情報を聞く。早川は、当時の生徒たちに話を聞いて回ったが、仁美に交際相手がいたかどうかはわからなかったという。真実を解明する糸口を見つけられずに憤る真野。仕事帰りの ノンナ（新木優子）は、公園から出てくる真野の姿を見つける。遅れて、早川が出てくるのを見たノンナは……。虎丸（船越英一郎）は、アパートで殺害された胡桃沢綾乃（美山加恋）の事件を捜査する。死因は脳挫傷で、凶器は見つかっていなかった。また、被害者の頬には細かなひっかき傷があった。被害者の携帯電話などに残っていた指紋や目撃証言から、被疑者として浮上したのは綾乃の元恋人の富樫康太（和田正人）だった。富樫は傷害致死罪で７年間服役し、仮出所したばかりだった。 7年前、富樫は、綾乃と結婚するためにある企業に就職したという。だが、その企業は暴力団とつながりがあり、悪質な事業をしていた。半ば脅されるような形で仕事を続けざるを得なかった富樫は、利権を争う相手から暴行を受けた際に、恐怖心から相手を刺してしまったのだ。実はその事件で富樫を逮捕したのは虎丸だった。綾乃には、同じ会社に勤める関口章太郎という婚約者がいたことから、事件は痴情のもつれが原因とも思われた。着衣の血痕と付着物の鑑定を行った真野は、着衣にバラの花粉が付着していたことを報告する。被害者の頬の傷は、バラのトゲによってつけられたものである可能性もあった。ほどなく、事件当夜に富樫がバラの花束を購入していたことが判明する。それでも富樫の犯行だとは信じられない虎丸に、真野は「あなたが信じるか信じないかは関係ない」と言い放つ。そんな中、富樫と思われる男が暴行事件を起こしたという通報が入る。

家族を失った25年前の『武蔵野一家殺人事件』の真相を追う真野（錦戸 亮）は、唯一の協力者である高校教師の早川（萩原聖人）に会う。そこで早川は、数日前に歩道橋の階段から転落死した元テニスプレーヤー・原田恭一（上杉柊平）の話を切り出す。原田は、2年前に、ライバル選手だった春日部芳彦（柾木玲弥）のドリンクに禁止薬物を混入させて飲ませたドーピング事件が原因でテニス界から追放されていた。実は、原田や春日部が所属する実業団チームのオーナー・佐保優作（袴田吉彦）が、唯一消息がつかめなかった早川の教え子だと言うのだ。高校時代の名字は「倉本」だったが、間違いないという早川。その佐保は、以前、変死体で発見されたホームレスの新妻大介とともに、真野の兄・義一（倉悠貴）をいじめていた主犯グループのひとりだった。そんな折、真野のもとへ虎丸（船越英一郎）がやってくる。虎丸は、新妻の一件が『武蔵野一家殺人事件』と関連があるのなら真相を突き止めたい、と真野に申し出ると同時に、ノンナ（新木優子）にも事情を打ち明けたことを詫びた。それを受け、真野に協力を申し出るノンナ。しかし真野は、「お前には関係ない」と言い放ち、ノンナを部屋から追い出してしまう。真相解明のために虎丸の協力を得ようと考えた真野は、早川から聞いた佐保の一件と、姉・仁美（夏子）の司法解剖を担当した解剖医の行方を探していることを虎丸に伝えるが…。

『武蔵野一家殺人事件』の真相を追う真野（錦戸 亮）は、早川（萩原聖人）とともに食品会社社長の佐保（袴田吉彦）に会いに行った。ところが佐保は、ボイラー室のガス爆発に巻き込まれて死んでしまう。佐保は、不審死を遂げたホームレスの新妻（伊藤高史）と同じく早川の教え子のひとりであり、真野の兄・義一（倉悠貴）をいじめていた主犯格でもあった。科捜研に戻った真野は、虎丸（船越英一郎）を交え、ノンナ（新木優子）と海塚（小雪）にこれまでの経緯を話す。真野は、『武蔵野一家殺人事件』の証拠品だった軍手に残されていた身元不明のDNA型と、妊娠していた姉・仁美（夏子）の胎児の絨毛のＤＮＡ型を鑑定し、その２つに親子関係が認められることを突き止めていた。つまり、仁美を妊娠させた相手が、真野の家族を殺した犯人である可能性が高いのだ。そこで真野は、佐保の心臓血のDNA型を調べたが、親子鑑定の結果は不一致だった。佐保が死亡したボイラー室に臨場した真野は、ガスの元栓部分に付着した手袋の皮革を発見する。その持ち主と思われる人物の皮膚片から採取したDNA型は、『武蔵野一家殺人事件』の軍手のDNA型と一致していた。新妻の事件同様、佐保の事件にも捜査の打ち切り命令が出た中、仁美の交際関係をもう一度洗い直す真野たち。そこで得た証言を基にさらに調べていくと衝撃の名前が浮かび上がる…。そんな折、科捜研に刑事部長の壇（千原ジュニア）が突然視察に訪れ…。