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…。