帝都大學物理學教授湯川學（福山雅治飾）以異于常人的物理學家思維聞名，被警視廳女刑警內海薰（柴崎幸飾）因一樁離奇人體自燃案首次尋求協助。經同事草薙俊平牽線，湯川雖起初拒絕仍被迫介入調查，通過精密物理實驗還原犯罪手法助警方破案。隨后內海薰再度求助：少年忠廣堅稱靈魂出竅目擊疑犯車輛，其證詞既可能洗脫嫌疑人罪名又難被采信。湯川學經現場勘驗證明忠廣所見屬實，運用光線折射原理破解"靈魂出竅"幻象，揭露嫌疑人利用特殊鏡面反射偽造不在場證明的真相。隨著連環詭譎案件不斷涌現，湯川學持續以科學思維破除超自然假象，在警界搭檔協助下屢次扭轉偵破困局。