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初入职场的研究生秦明为了调查母亲遇害的谜团，只身来到母亲的老家龙番市，初来乍到的秦明（张耀饰）在四处探访时意外被卷入一宗凶杀案，在案件侦破的过程中，原本不擅与人交际的秦明与安然（汤敏饰）、林涛（彭楚粤饰）、环环（马昕墨饰）等一众法医和警员有了交集，在一个个案件推理过程中，法医秦明从青涩到成熟，并以自己过硬的专业实力赢得了众人的喜爱和尊重，与大家建立起深厚感情，也逐渐接近一切背后的真相 。
刑警林涛在火车站追捕小偷团伙，他对表现缜密的秦明充满好奇。斗门镇荔枝园冷藏库发现一具女尸，刚巧经过的秦明对尸体做了初步尸检。法医中心陈主任和法医安然经过对秦明的一番提问，特意邀请秦明留任法医。荔枝园看门人赵德利来警局录口供，他说出自己曾看到过的可疑情况。秦明和安然一起进行尸检，两人发现尸体上的端倪，同时他也猜测出死者的职业身份。
经过秦明和安然的尸检以及看门人提供的线索，李队明确调查方向分布任务。安然查看秦明的资料，意外看到他的病历史。警方调查后确认了死者孙晓月的身份，之后秦明等人经过仔细检查确定了第一案发现场，死者弟弟孙晓阳也对警方说出可疑之人。孙晓月工作的KTV配合度不高，警队调查陷入僵局。林涛设法找到表现异常的死者好友，此人交代出重大线索。
安然孤身前往桥洞发现关键证物，谁料遭到流浪汉突袭，幸亏秦明和林涛相继赶到救援。警方封锁桥洞勘查现场，自得的林涛向李队邀功。秦明洗澡时回想母亲遇害的情景，结果被安然撞见羞涩难当。流浪汉精神不正常，致使审讯过程不顺利，之后林涛查到流浪汉突然变颓废的原因。秦明建议继续审问流浪汉，安然临危不乱直面疯癫的流浪汉。
疯疯癫癫的流浪汉言语混乱交代了犯案经过，但秦明觉得其中还有可疑之处。警方在郊外找到了凶器，由此查到一所大学的郭教授，并且推断出郭教授与孙晓月的真实关系。警方布控逮捕了潜逃的郭教授，林涛带伤参与审讯，郭教授向警方交代出事情的真相。
秦明发现事情并不简单，他回忆案件的所有线索锁定可疑的嫌疑人，李队下令严密监视。秦明和林涛前往郭教授和孙晓月一起居住的地方取证，他们在屋里发现可疑证据。在警方的努力下，真凶终于交代了案件经过，警方也找到关键证据。孙晓月遇害案顺利侦破，暂借秦明的期限到了，安然对此非常不舍。
少女刘丽丽直播烧炭自杀，林涛迅速出警救下昏迷的刘丽丽，并在她身上发现可疑痕迹。市法医中心联合其余三个县市合并成立联合法医中心，秦明向陈主任报道。有人爆料刘丽丽自杀的原因，警方调查得知刘丽丽父亲刘斌曾服刑并于3年前出狱。李队向众人分享了刘丽丽半年前在学校的遭遇事件，之后其母陈萍向校方提出新要求。警方前往刘家进行调查，夫妻两人相互指责争执不休，没多久刘斌突然遇害。
法医彪哥带着徒弟环环加入法医中心，安然被任命为组长。林涛在刘斌车上发现线索，警方也查到爆料人的真实身份。刑侦会议室开会，李队见到彪哥后吓了一跳反应失常。法医尸检得出有利线索，众人重新调整调查方向。陈萍和刘丽丽前来认尸，刘丽丽讲出与父亲有关的真相，以及自己烧炭自杀的原因。赵副队找到刘斌丢失的手机，林涛通过监控发现可疑人的踪迹。
根据找到的监控和线索，警方将调查目标转向徐江身上。安然和秦明在酒吧门口目睹刘丽丽遭到陌生男人拉扯，她出手解围却遭到纠缠，幸亏秦明及时相救。在警方的追问下，徐江交代了自己与刘斌的纠葛，以及刘斌遇害当晚两人所发生的事。警方发现一可疑网友雷鸣，此人与刘丽丽关系匪浅。陈萍突然向警方求助声称女儿刘丽丽不见了，她担心女儿会轻生。
刘丽丽站在天台上企图轻生，安然等人赶来劝阻，无助的刘丽丽向众人诉说自己的委屈，随后雷鸣向刘丽丽讲出自己与刘斌曾发生的事情。秦明发现案件有疑点，警方调查刘斌发现他十年前做过一件违背良心之事，但秦明的推断却遭到彪哥质疑。废车厂突然出现一具尸蜡化尸体，秦明尸检后讲出自己的推论。林涛根据藏尸袋推论凶手是个有钱人，但秦明却有不同见解。
彪哥对尸体进行面部复原，秦明为他打下手并咨询相关技术。警方根据面部复原找到了尸源，死者张雨晨的母亲前来认尸崩溃晕倒，随后她向警方讲述自己与女儿发生争吵的原因。警方勘察死者家里推测凶手的相关信息，随后秦明在死者家里发现重要线索。警方来到张雨晨的前公司询问情况，获悉其男友郑浩是著名小提琴演奏家，而且有家室。面对警方审讯，郑浩表示自己和张雨晨只是朋友。
郑浩在警方追问下终于承认与张雨晨是情人关系，并讲述张雨晨当初得知自己已有家室后的反应。郑浩交代自己近一年多以来的经历，以及与张雨晨的故事，还有他与妻子罗琦的婚姻真相。警方向罗琦的情人了解情况，但对方的回复令人瞠目结舌。警方查找弃尸车辆，发现了重大线索。李队和林涛在马场找到罗琦，她讲述了自己与郑浩的婚姻。所有证据都表明郑浩嫌疑最大，就在此时秦明发现关键证据。
秦明查到关键证据，揭开了郑浩不再碰触小提琴的真实原因。郑浩向张雨晨的妈妈道歉，张妈妈含泪乞求郑浩协助警方帮女儿找出真凶。秦明来到马场扶起了骑马摔倒的罗琦，罗琦将自己的微信号留给秦明，之后一神秘男子尾随殴打秦明并对他一番警告，秦明借机记录下此人的画面。随后警方根据秦明提供的线索迅速展开追捕，秦明与林涛在搏斗中不敌神秘男子。
秦明和安然等人跟彪哥一起讨论案情，终于获得新进展。警方审问罗琦和嫌疑人，但两人皆否认与案情有关，彪哥向秦明提供新思路。林涛综合素质在警队排名第一，李队单挑林涛对他一番警告。彪哥收到新消息，秦明和安然一起前往取证，确认这里是第一命案现场，李队和林涛调取监控也发现重大线索。嫌疑人被击破心理防线，他终于老实交代案件缘由。
秦明在安然的帮助下终于找回丢失的部分记忆，他兴奋之余拥抱了安然。警方继续调查嫌疑人与罗琦之事，并且拿到他杀害张雨晨的最有力的证据，嫌疑人面对证据选择坦白了一切真相。真凶落网，张雨晨案件终于告一段落。秦明练习人脸重塑，他想买下或者租下饭店老张小厨的店面房间，但却遭到老张婉拒。此时，又一起命案发生了。
一名女高中生的尸体在拆迁区被发现，秦明等人尸检后发现死者生前有受到侵害的痕迹。警方查到死者名叫马思思，家境贫寒，生活的棚户区鱼龙混杂，林涛从一件外套上发现关键线索。秦明等人前往死者家里和学校寻找线索，马思思的女同学王涵表现异常。根据最新的调查结果以及检验报告，秦明锁定了第一案发现场，并且证实王涵的证词有问题。
林涛等人来到王涵家里问话，之后找到证据证实王涵曾去过案发现场。警方调查王涵的社会关系，其男友钱晓帅引起警方注意。黑森林公众号发表马思思案情，并将嫌疑直指王涵。警方找王涵钱晓帅问话，钱晓帅声称对案件全不知情。马思思妈妈来警局认尸，但却因要接孩子没有见上马思思最后一面。警方找到关键证据确定了侵犯马思思的凶手，但对方态度嚣张拒不承认，随后秦明在其家里搜到可疑的存储卡。
林涛在凶手存储卡里发现大量偷拍内容，受害者不止马思思一人，警方了解到凶手喜欢找性格内向的女生下手，他知道这些女生受害后不会报警，因此越来越猖狂。在确凿的证据面前，凶手承认自己侵犯了马思思，但却否认杀人。警方将怀疑对象转移到王涵身上，经过秦明等人的案件还原实验，安然也从环环的话中得到启示，众人查案找到新思路，警方走访调查搜集资料锁定了新的嫌疑人。
警方到嫌疑人家里搜查，发现了藏匿的马思思的遗照。此时真凶跟踪王涵企图下杀手，林涛及时赶到救了王涵，成功抓捕了真凶，泪流满面的真凶交代了杀人的原因。马思思妈妈再次前来认尸，其现任丈夫赶来对她破口大骂，她这次终于为了女儿勇敢反抗坚决要把马思思带回家。安然跟秦明讲述了自己被领养的身世，两人互相治愈。
江边发现一具男孩尸体，安然发现死者是自己三年前在医院做义工时遇见的第一个病人小青华，是一位晚期癌症患者。警方走访小青华住处，法医通过现场证据指出这起溺水案件是他杀。安然和秦明向小青华的主治医生姜岸问话，两人察觉姜岸表现异常。秦明和林涛掌握了姜岸的行踪，彪哥和环环也查到新线索，小青华遇害案出现新进展。
姜岸逃跑中被汽车撞飞，秦明和林涛被暂时停职。小青华父母来警局接受问话，秦明和林涛纷纷找借口旁听，还拜托安然带他们去姜岸家搜查，两人找到关键线索。警局通过收集证据和案情分析展开调查，逐步锁定了真凶身份，同时也查到姜岸近期表现反常的原因。警方立即行动逮捕了真凶，秦明不慎掉入河里，安然不顾一切跳了下去，电流穿过秦明的身体，他在被电晕的那刻，脑海里闪现了过去的画面。
