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该剧以知名法医王雪梅的工作经历为蓝本进行改编，讲述了 一个由挑剔组长尚桀、专注专业的女法医夏萤、万金油痕迹鉴定员李学凯，天然呆信息分析员宋咪，以及富二代心理侧写师英鸣组成的非常规特案组，集齐了局里各种“不靠谱”的人，通过通力合作，他们相继破获了各种离奇的凶杀案，一出手就抓住了逃窜了三四个城市，以制造意外为杀人手段，穷凶极恶的连环杀手，一战成名，特案组之后又接连破获了南山公园的碎尸案，离奇的灭门惨案以及抓获反侦查意识极强的兄弟杀手。
寒冷的深夜，一辆汽车从里面上俯冲进河里，一名女性在车里经历了苦苦的挣扎，最终长眠在冰冷的河水中。警方从河道中打捞起车辆，法医夏莹和刑侦大队队长尚桀奉命联合办案。尚桀赶到现场的时候，夏莹已经开始工作了。根据夏莹的判断，这名女性虽然泡在水中，但是因为水与隔绝，所以尸体保存完好，但是现场除了这名死者的物品，还找到了一件男性的西装，夏莹怀疑当时车里还有一名男性。尚桀当即让人继续搜查，但始终没有找到另外一名受害者。夏莹走后，李学凯这才匆匆赶到现场。
警察走后，周太太突然想到了一种可能性，当即就赶往公司。与此同时，警方正在分析案情，从李学凯等人在酒店了解到的信息，周向闻开会的酒店离出事的地方只有十五分钟的路程，他有极大的作案可能。宋咪也调查了周向闻公司的财务情况，发现他有转移财产的意图，就是不知道周太太是否知道。周太太查看了公司的账目，她主动找到警方，说那件证据西装就是周向闻的，他开会的时候原本是十二月四日结束，但是他三日晚上就回到家，而且是披着一床花被子，而且那件衣服也时他让自己用现金买的。警方问周太太是怎么查到的，周太太说她和周向闻确实是夫妻，但如果他真的做出了出格或者错误的事情，他就应该对此付出代价。
根据王子琪的供述，她最后一次看到方冉是在五号的晚上，但是警方从公司了解的情况，六号上午方冉还在公司，她是从七号开始失踪的。方冉一个月的工资在八千左右，但是看着她的穿着消费，八千块钱是养不起她的。宋咪查到方冉还在做直播，而且收入不错。方冉的通话记录找到了，她最后一个打给的人是杨树，也是一个网红。警方查看了杨树的视频，发现他根本就不承认自己有女朋友，还说之前和自己吃饭的女生只是普通朋友。对于这种走红的网红，经纪公司一般管理的都非常严格，所以他很有可能就是杀害方冉的人。
一座工地上有人离奇死亡，尚桀和夏莹接到办案后赶往现场，只见那人脸上血肉模糊，死相及其凄惨。但是工友们却说这个公司有些邪，前不久才死了两个人，一个从高空坠下，一个触电身亡。夏莹对死者王海进行了尸检，发现他居然有精神病病史，而且他脸上的伤痕很有可能就是他自己所为。警方询问了王海的父亲，这个老实的男人只有一句话，他想知道到底是谁杀了他的儿子。被问及王海的精神病史，王父也承认他有躁郁症，之前还去过精神病医院接受治疗，不过这两年已经好多了。警方对从工地带回来的证据进行了检测，证实了夏莹的猜测，刀子的方向和力道都符合他自虐的推断。
谢园园向警方供述了自己的犯罪事实和动机，她确实是被谢平养大的，但是他们并没有给自己关怀，反而还在自己被王海等人强奸后要她多要钱。谢园园因为此事精神失常，于是开始偷盗，直到被送进监狱。后来她出狱后决定于过去告别，她遇到了一个知心爱人，却不想告知他自己的遭遇后又被嫌弃。谢园园心中恨极了这些毁了她人生的人，所以预谋着回去报复。因为之前在餐馆打工的时候听说过有人因为误食毒蘑菇死亡，于是就想到这个办法。但是毒蘑菇并不容易收集，所以她一直暗中积攒，等到时机成熟的时候，她再次回到谢平夫妇的身边。她先是利用毒蘑菇将强奸她的几个人伪装成意外死亡，然后又想起谢平夫妇对她的敷衍和伤害，一狠心将剩余的毒蘑菇倒在饺子馅里，做成了饺子送给他们吃。唯一让她没有想到的是，谢平的女儿那天也回家吃饭，好在她中毒不深被及时抢救过来了。尚桀和夏莹说起这起案子，尚桀说毒杀是大多数女性选择的方式，一来成本小，二来手段隐蔽。
如果真的如猫眼所说，那么那顶出现在现场的帽子又该如何解释。李学凯和尚桀都认为猫眼隐瞒了部分的事实，于是决定从他身边的人入手调查。片警林非同在胡同里展开了调查，很快就顺藤摸瓜找到了死者生前的好友。好友说自己最近和死者没有接触，不过听说长勺和他有联系。林非同又去找了长勺，长勺一看到他就紧张不已，一直推辞说自己什么都不知道。与此同时，宋咪等人从商店附近的监控发现了一个穿着粉色衣服的可疑人物，那人在案发前一直在商店对面徘徊，但是案发后却又消失了，而且他再次出现的时候并没有穿着粉色的衣服。
深夜，一处民居里熟睡的两位老人被人残忍的杀害。尚桀带着夏莹等人赶到现场进行侦查，夏莹通过受害者的伤口判断死亡时间在凌晨十二点到四点之间，男性受害者张信被人割喉而亡，女性受害者周邵敏被刺中了肺部导致血液返流窒息而死。根据警方的调查，两名受害者并非夫妻关系，张信之前是一名会计，周邵敏是一名护士，两人性格都很温和，和周围的邻居都处的很好。除此之外，警方在受害者的房间并没有找到另外的DNA样本，而且两人的贵重物品全都没有被动过，这就排除了谋财的可能，这样就是仇杀了。现在能够唯一配合警方的只有死者的女儿张雨晴，可是她一直联系不上。
夏莹面对三个人的照片陷入了沉思中，她总觉得张雨晴的男朋友就在这三个人当中。这时候，张雨晴的姨妈来到了警局。姨妈说张雨晴是自己看着长大的，因为谈男朋友的事情，周邵敏一直都很担心。她见状给周邵敏出主意，让她偷偷的去张雨晴家里打他个措手不及。周邵敏如愿见到了女儿的男朋友，但是回来后并不满意，直说这个男孩长的太好看了靠不住。李学凯拿着三个男人的照片问林非同谁长的最帅，林非同说这需要女性来判断。李学凯又去问胡茜，胡茜一眼就看中了冯玉霖。
李学凯和尚桀去了童家，童母开门接待了他们。李学凯在他们的院子里发现了塑料袋，童母说他们是用来装树苗的，这些袋子都放在院子里，其他人拿着也没有用。尚桀又问了他们儿子童天赐的事情，童母说自己也不知道他在哪里，一切的联系都是靠姐姐童樱桃和他联系。这时候，童父回来了，尚桀说起那些白骨的事情，童父说都是那些见钱眼开丧心病狂的人，把人骨做成艺术品卖钱。童父以为童天赐在外面惹事了，当即就指责童母没有把儿子教好，两位老人一言不合就吵了起来，尚桀和李学凯赶紧阻止。因为童家的袋子一直放在院子里，谁都可以拿到，案件一时又陷入僵局。
夏莹很快就将被害者的基本情况弄清楚，死者死于三天前，大概在四十至五十岁之间，尸体被分解成了十二袋，现在全部找齐了。根据凶手解剖尸体的手法来看，他对人体的构造非常熟悉，而且具有一定的反侦查意识，死者的面部和指纹都被割去了。尚桀注意到夏莹有些不舒服，夏莹说自己的胃痛。尚桀半天干巴巴的说了句多喝热水，这让夏莹很尴尬。这起案件中凶手所表现出了前后矛盾让尚桀等人陷入了沉思，因为之前下过大雨，现场的痕迹被破坏的差不多了，这让侦查工作难上加难。
除了在酒店的监控视频，警方还查到熊美玲名下的信用卡最近几年在国外疯狂的消费，但是两个月前突然停止了，转而在国内有零星的消费。熊美玲每个月需要偿还十五万的信用卡债务，两年前还买了一套房子套现五百五十万，这笔钱在银行卡上过了一下，然后以现金的方式消失了。当年，高顺天死后保险公司赔偿了一千万，熊美玲用这笔钱创办了餐厅，这些年餐厅发展一直都很好，除了警方调查是发现她曾经有段时间欠过供应商十几万。尚桀等人想不明白，明明高顺天已经死了，刘家虎为何能够威胁到她。这时候，夏莹拿来了新的检验报告，为他们答疑解惑。夏莹重新对碎尸案的尸体进行了DNA比对，发现这次的被害者是高顺天，因为他和女儿一样有遗传性的佝偻病。而八年前坠车死亡的，应该是刘家虎，这就能解释为何熊美玲会一直供他挥霍这么多年。
清晨的公园，便利店的店主发现不远处长椅上的女孩坐了整整一天，前去询问的时候发现她已经死了。尚桀等人接到报案赶往现场，但是死者穿着新衣服，收拾的也很干净，周围也并没有什么有用的证据。根据店主的描述，这个公园周围并没有多少商业建筑物，通常是小年轻来这里谈情说爱。尚桀问女孩做了一整天难道他们都没有怀疑，店主说这里经常也有失恋的年轻人来散心，通常一坐就是一天，他们都已经习惯了。因为最近的气温较低，女孩除了嘴角有呕吐物外浑身并没有伤痕，夏莹一时也不能判断她的死亡时间，只有做完尸检后才能确定。
尚桀和夏莹带着李学凯和林非同走访了徐清子父亲徐昌江工作的工地，工头说他是个很老实勤奋的男人，而且每次发了工资就寄回家里。最近听说他老婆和女儿来了，所以他们出去租了房子。尚桀等人又去了徐昌江租住的地方，房东老大爷说他们一家人都很好，不过徐昌江的妻子最近得了重病，好像快要不行了。李学凯将徐清子的照片拿出来让大爷辨认，大爷说这确实是他们的女儿，不过每次出来的时候都是慢慢推出来的，有时候大人出门就把她锁在家里。之前有几天听到里面有哭闹砸东西的声音，不过这几天就没有听见，或许是被送回老家了吧。
现在死者的身份成谜，警方一时不知道从何入手。关键时候，林非同认出了死者的钻戒是个一线的品牌，很值钱的，尚桀决定顺着这条线索查下去。与此同时，夏莹通过死者身体里卵巢激素的分泌情况来看，判断死者生前可能正在进行促排卵的手术或者试管婴儿。很快，警方就通过医院的记录找到了这名死者的身份。死者名叫陈曦，是一家银行负责资金管理的职员，目前正在做试管婴儿。尚桀和夏莹去了死者的家里，她的丈夫单正熙得知她的死讯悲痛不已，说他们的感情一直都很好。而且陈曦死亡的时间段，他正在和朋友喝酒，最后喝醉了被朋友扛回家睡觉了。
警方传唤了穆沐到警局，穆沐最开始还不承认自己和这起案子有关系，但警方很快就出示了证据，那晚上划伤外卖员手的那枚蝴蝶指甲，就是铁证。除此以外，警方还在穆沐的行车记录仪上找到了当晚她和单正熙在一起密谋的视频。与此同时，单正熙也正在接受警方的问询。他原本以为没有人会知道陈曦到底是什么时候死的，但是警方抓住他话里的漏洞，直接将他和穆沐的关系摆在他的面前。事已至此，穆沐和单正熙知道再隐瞒下去已经没有任何的意义了。
尚桀和夏莹去见了赵琪的前夫，前夫说幸好自己跑的快，说赵琪和他在一起的时候，为了点鸡毛蒜皮的事情就动刀子，自己实在胆小就提出了分手。不想赵琪竟然拎着刀跑到了他们家门口，吓得老太太心脏病都差点犯了。从那以后他就换了电话号码，彻底和赵琪断了联系。与此同时，胡茜找到了张利的前妻，前妻得知张利出事了，第一反应就是张利被欺负了，赵琪肯定是动手了。胡茜很奇怪她为什么要这么说，前妻这才说出了当年的事情。当年，赵琪和张利有了肌肤之亲，但是张利不愿意离婚，赵琪便跑到前妻的单位大吵大闹，逼着她离婚。其实前妻原本都准备原谅张利了，但是赵琪当着张利的面就割腕，说自己爱他，哀求他不要离开自己，张利当即就沦陷了。可即使赵琪得到了张利，但是她依然不停的骚扰前妻和女儿，前妻没有办法只好搬家转学，这才换了几年的清净。
倩倩的报告出来了，除了多出伤痕之外，她还有弱酸性中毒的征兆，而且还被人性侵过。尚桀想要进去询问情况，夏莹觉得现在倩倩的情绪好不容易才稳定一些，现在看到尚桀肯定会受刺激。尚桀让夏莹打开手机去问话，自己在外面听着就好。夏莹进去后，只要一说起案件的情况倩倩就激动不已，夏莹只得告诉她警方已经通知了她的妈妈，这段时间妈妈到处找她，很是担心她。倩倩担心妈妈会骂她，夏莹说妈妈不会，现在她已经安全了，让她不要害怕。
根据警方在黄家祥死亡现场找到的证据，现在已经证实是谢凤琪杀死了黄家祥。面对铁一般的事实，谢凤琪表示自己是为了自卫，可是黄家祥的刀伤却是从背后插进去的，自卫怎么可能是这样。谢凤琪知道自己难逃法网，向警方坦白了自己的罪行。原来，她和黄家祥之前有个儿子，但是却不幸夭折。从那以后，他们就再也没有孩子，黄家祥的母亲，村里的邻居都对他们指指点点，这让谢凤琪受不了。所以她绑架了倩倩和祝颜，希望她们能够为黄家传宗接代，并且还想着只要她们生下孩子，自己就会放她们离开。哪知道黄家祥并不配合，两人在争吵的时候祝颜掩护倩倩逃了出来。谢凤琪恼羞成怒，直接杀害了黄家祥。事已至此，谢凤琪依然不觉得自己有错，她不过是想要个孩子而已。尚桀斥责了她，思子心切本值得同情，但是拿着别人的人生来满足自己的私欲就错了。
虽然口头上答应了刘森不再从事卖淫的工作，但她并没有遵守约定。在案发的那天，刘森很确定她是约了人出去了，他心中很是气恼，所以即使她很晚没有回家也没有去找他。现在回想起来，刘森很后悔自己不知道她怀了自己的孩子，如果他知道肯定会拦着她不让她出去。尚桀问他是否记得女友约了谁，刘森很肯定那人叫做陈宝亮，因为那天他还陈宝亮家里找过她，但是她并没有在那里。警方问他当时为什么不把这个情况如实的告诉警察，这样大家猜可以尽可能的帮助他。刘森却说自己害怕被大家看不起，所以他将这件事情藏在了心底。
糖糖说出的名字是小姨夫刘田，因为他看到那人穿着和小姨夫一样的衣服。警方提审了刘田，刘田表示自己那晚喝醉了回家，但是他的手上却有伤，至于是怎么伤到的，他也说不清楚。警方又去了刘田的家里，却发现刘田招供的回家时间和妻子说的不一致，而且警方还在现场发现了带血的衣服和鞋子。实事已至此，李学凯斩钉截铁的说凶手肯定就是刘田，不过大家都很奇怪，这个男人到底和丈母娘有什么深仇大恨，严重到要了她的命。林非同和李学凯持不同意见，两人各执一词只有找尚桀评判。尚桀觉得他们说的都有道理，不过现在化验室的结果并没有出来，作为一名刑警只有证据重逢才能定罪。
