由于內海薰（柴崎幸飾）被派往美國研修，貝冢北署調入新人警察岸谷美砂（吉高由里子飾）。出身法學世家的美砂雖無辦案經驗，卻以敏銳洞察力與強勢態度著稱。首起案件牽涉新興宗教團體"苦愛會"教主連崎至光（大澤隆夫飾）的"念力殺人"事件，美砂在調查受阻后求助于帝都大學物理學家湯川學（福山雅治飾）。憑借對科學原理的極致運用，湯川揭穿所謂超自然現象背后的精密物理詭計，令美砂首次直面理論與現實的碰撞。此后連環離奇命案持續浮現：從密室死亡到瞬間蒸發的人體，每個謎題均指向違背常理的特殊機制。美砂在與湯川合作過程中，逐漸理解其"所有現象必有因果"的破案邏輯。草薙（北村一輝飾）因晉升調任管理崗位，成為維系這對新搭檔的重要紐帶。劇中所有案件均基于東野圭吾原著小說改編，延續前作以物理破解超自然的核心敘事風格。