驚異的な記憶力と鋭い洞察力を持つ薪剛（板垣李光人）は、科学警察研究所の法医第九研究室、通称“第九”の室長に任命され、大学時代からの親友で副室長の鈴木克洋（中島裕翔）とともに、新たな任務に就くことになる。 第九では、凶悪・重大犯罪において被害者および犯人が死亡した際、その脳を特殊なMRIスキャナーにかけ、生前の記憶を映像化する｢MRI捜査｣を行う。脳科学者の貝沼清孝（國村隼）が開発したこの技術により、真相を明らかにできる可能性は高まったが、一方で倫理的な問題もあるため、第九は機密組織とされていた。 ある日、薪と鈴木は、警察庁長官の指示により、第九初となる死刑囚の脳を調べることになる。被告の露口浩一（光石研）は6年前に妻と次女、義母の3人を刺殺。長女の絹子（夏子）は殺害後に海に投棄したとされ、死刑が確定していた。しかし、露口のＭＲＩ映像には目を疑うような光景と共に、思いも寄らぬ事実が映っていた――　そして同じ頃、とある交番では20代の女性が保護されて…。

薪（板垣李光人）が尊敬する脳科学者・貝沼（國村隼）が自ら命を絶った。病気を苦にしての自殺だったことから、貝沼の異変に気づけなかったことを悔やむ薪。「脳を『第九』のために役立ててほしい」という遺言のとおり、鈴木（中島裕翔）が貝沼の脳をMRIでみることを約束する。 ところが数日後、MRI捜査室へ向かった薪の耳に、突然、発砲音が響きわたる。薪が駆けつけると、そこには鈴木ら捜査員たちが倒れ、モニターには貝沼の恐ろしい秘密が映し出されていた。貝沼のMRI映像を確認し始める薪。一方、鈴木が入院しているはずの病院にかけつけた雪子（門脇麦）は…。 それから１ヶ月後、コンビニエンスストアで従業員の小島郁子（池脇千鶴）が同僚を刺殺する事件が発生。現場検証に向かった捜査一課の岡部靖文（高橋努）は、突如、第九への異動を命じられる。脳をスキャンしてのぞき見る第九の「MRI捜査」をバカにしていた岡部だったが…。

脳科学者・貝沼（國村隼）のＭＲＩ映像を見て鈴木（中島裕翔）が亡くなってから3年後、『第九』に1人の新人捜査員が配属される。その男は薪（板垣李光人）に憧れて『第九』へやってきたというが、現れた男の顔を見た薪は絶句。新人の青木一行（中島裕翔　一人二役）は、死んだ鈴木にそっくりだった。 そんななか、9人の少年が同じ日に異なる場所で次々と自殺する事件が発生し、｢第九｣でMRI捜査することになる。9人は全員が未成年で、同じ少年院にいたことがわかっていた。早速、駅ビルの屋上から飛び降りた少年の脳MRI映像を見た青木は、あまりに鮮明な映像に驚きながらも、その少年が別の少年に追いかけられてビルから飛び降りる様子を目の当たりにする。「自殺じゃないじゃないですか！」と叫ぶ青木。 青木は、岡部（高橋務）ら捜査員たちにアドバイスを受けながら残りの少年たちの脳MRI映像を見ていく。MRI映像には、幻覚や妄想までが映し出されることを知る青木。やがて、少年たち全員が、共通するある体験をしていたことがわかり…。

ある私鉄沿線で、立て続けに3人の男女が何者かに殺害され、連続殺人事件の可能性があることから「第九」で捜査をすることに。被害者３人は、通勤・通学で同じ私鉄を利用しており、その私鉄で1週間前に刺殺事件が起きていたことがわかる。満員の通勤電車の車内で、薬剤師の里中恭子（中村ゆりか）が刺殺された事件で、今なお、犯人が捕まるどころか目撃者も現れず、捜査は難航していた。薪（板垣李光人）が２つの事件の関連性を疑い始めた矢先、もう一人、新たな被害者が出てしまう。 4人目の被害者の脳のMRI映像を見た青木（中島裕翔）たちは、４人全員が、里中恭子が刺殺された車両に乗り合わせていたことを確認する。MRI映像によると、恭子はサラリーマンと何やらもめている様子だったが、あるときから乗客たちは皆、なぜか下を向いてしまい恭子の方を全く見ない。次に映し出されたのは刺されて倒れている恭子と、傍らにいる別の若い男の姿。刺される瞬間が映っていないため、恭子を刺した犯人が誰なのか、特定することはできなかった。 青木は、被害者たちが刺殺事件の後、体のある場所に異変を感じていたことに気づく。遺体を解剖した雪子（門脇麦）に特異な所見がなかったか尋ねるが、見落としを疑われた雪子は不快感を露わに。すると今度は、恭子と車内でもめていたサラリーマンの男が遺体で発見され…。

満員電車で起きたにもかかわらず目撃者が現れない薬剤師の刺殺事件、その車両に乗り合わせた乗客たちが次々と殺される連続殺人事件、そして、乗客たちの爪に異変が現れる感染症の発生というバイオテロの様相を帯びた事件。薪（板垣李光人）は岡部（高橋努）に、3つの事件が偶然同時に起きた可能性を告げる。解剖時にウイルスに感染したとみられる雪子（門脇麦）は、治療法がないと知りながらも、感染者の遺体の解剖をすべて引き受けると宣言する。雪子の姿を見た青木（中島裕翔）は、連続殺人犯を突き止めるため、雪子にウイルスをうつしてくれと迫り…。 薬剤師・里中恭子（中村ゆりか）の脳がようやく第九に届き、MRI映像から犯人が特定された。しかし、犯人は連続殺人には関与していないと判明。ウイルスの正体や治療法もわからぬまま、雪子（門脇麦）の容態が悪化するなか、青木は、変色した爪を見せ、自らも感染したことを薪に告げる。犯人逮捕のため、殺された里中恭子が乗っていた同じ時刻の電車に乗り、犯人への接触を試みたいと志願する。 薪の制止もきかず、翌日、青木は電車に乗り込み、刺殺事件当日の里中恭子と同じ動きを再現。すると、１人の男が背後から青木の爪を見ていることに気づく。ところが次の瞬間、その男は姿を消し――？

法医第一研究室に、団地跡から見つかったという屍蝋化（しろうか）死体が運び込まれてくる。低温で高湿度など特殊な環境下だったため、ミイラ化せず原型をとどめているその死体は、雪子（門脇麦）の見立てによると、20～25年前に埋められたものだという。下腹部に刺し傷が集中しており、その残虐な手口から、雪子は『第九』で捜査すべきだと薪（板垣李光人）に進言するが、薪は頑なに拒否。結局「どうして拒否するのか」と薪に食い下がった青木（中島裕翔）が、１人で捜査することになる。 そんななか、雪子は久しぶりに会った友人の浜田葵（藤間爽子）から、結婚式の招待状を渡される。聞けば、婚約者の早瀬翔（木田佳介）とはすでに一緒に暮らしているものの、男手一つで育ててくれた兄・尚（橋本淳）は翔のことを快く思っていないという。それでも、幸せそうな葵の姿に笑みがこぼれる雪子だったが、そこへ突然薪が現れ、初対面の葵に「この結婚は考え直したほうがいい」と告げ、葵が隠していたあることを指摘。葵は耐えきれずその場から去る。雪子は、薪のあまりにデリカシーのない言動に憤慨し『第九』に乗り込んでくるが、薪は無礼を詫びるどころか、雪子が友人の異変に気づかなかったことを責める。 一方、屍蝋化死体のMRI映像再現に苦戦していた青木は、ようやく画面に映ったある人物に驚愕して……。

千堂外務大臣（生瀬勝久）の一人娘・咲が誘拐された。警察は被疑者と思われる吉田さなえ（千葉雅子）の自宅に踏み込むが、さなえはその場で死亡。事件は最悪の展開を迎え、『第九』がさなえの脳をスキャンして咲の居場所特定を試みることになる。 MRI映像には、さなえが港のコンテナの中で横たわる、咲とみられる女子高生に、わずかばかりの水と食料を与える様子が映っていた。しかしコンテナはすでに、日本と国交のない中東の国の貨物船に載せられて出港していた。救出のチャンスは船が日本の領海内にいる間だけとあって、薪（板垣李光人）や青木（中島裕翔）の顔には焦りの表情が浮かぶ。 そんななか、さなえと千堂の接点も明らかに。20年前、国際医療支援のスタッフだったさなえの娘は、集団拉致事件に巻き込まれ、遺体が見つからないまま死亡と断定されていた。その際、中東アフリカ局長として当該国との交渉にあたったのが、千堂だったのだ。20年前の復讐（ふくしゅう）だと知った千堂は逆恨みだと激怒。『第九』の捜査にも業を煮やし、自らの立場を利用して国の機関を動かそうとするが…。 一方、MRI映像に拉致の瞬間が映っていなかったことから、薪は共犯者の存在を確信し、その矢先、さなえの元夫・淡路真人（伊武雅刀）が消息不明だと分かる。すると、薪の脳裏にはある可能性が浮かび上がり…。

コンテナ内に拉致された少女が娘の咲（葵うたの）ではないと分かった途端、海上保安庁による救出を中止させ、見殺しともいえる判断を下した千堂（生瀬勝久）。薪（板垣李光人）は、『第九』のMRI捜査を逆手にとった淡路（伊武雅刀）の犯行に怒りを覚える一方、なぜ敢えて別の少女に咲の身代わりをさせたのか、その真意を図りかねていた。 その頃、病室で千堂と直接対面することに成功した淡路は、自分が生きている限り脳は見られない、ゆえに咲の居場所は決して分からないと、千堂を挑発する。警察も咲の行方を追うが手がかりは乏しく、もはや淡路の証言がなければ咲の命が尽きるのも時間の問題だった。ついに千堂は、今回の犯行の原因となった、20年前の自らの行いを淡路に謝罪。土下座をして外務大臣の職を退くことも辞さないと告げ、咲の居場所を教えてほしいと懇願する。しかし、淡路はその姿をあざ笑うかのように、そして心の内を見透かすかのように、謝罪などせずとも咲を見つけ出す方法があると、千堂にある提案をする。 そんななか、咲の身代わりにされたコンテナ内の少女の身元が判明。青木（中島裕翔）がヘリで救出に向かい、薪は警察庁長官（利重剛）に救出作業の協力要請を直訴する。だが、淡路の千堂大臣への復讐には、もう一つの衝撃の罠が隠されていた……。

『第九』のMRI映像のサーバーに何者かが侵入しようとした痕跡が見つかる。使われたパスワードは第九のMRI技術の開発者で連続殺人犯だった貝沼（國村隼）が生きていた頃の古いものだった。さらに、それを知った薪（板垣李光人）が乗ろうとした車が爆発。車に爆弾が仕掛けられていた。青木（中島裕翔）や岡部（高橋努）は、『第九』創設以来、様々な重要機密を見てきた薪だけが知る“秘密”の情報を何者かが狙っているのではと考える。一方、薪は、犯人が敢えて古いパスワードを使用したり、見つかるような爆弾を仕掛けていることから、ある人物に思い当たり、その人物に会いに病院へと向かう。 薪だけが機密情報を知っている故に狙われると考えた青木は、最重要機密となるレベル５のデータを第九の皆で共有するべきだと進言する。しかし、薪は厳しい口調で、それを知ったことで自分の大切な人々にも危害が及ぶ可能性を考えたことがあるのか、雪子（門脇麦）に危害が及ぶ可能性を考えたことがあるのかと、青木の提案を一蹴する。 数日後、青木の母（神野三鈴）と姉（佐津川愛美）夫婦との食事会を終えた雪子は、自分が誰かに見張られていることに気づく。その頃、第九にいる薪のもとには、思いも寄らない人物が現れ…。

青木（中島裕翔）の姉・和歌子（佐津川愛美）が夫とともに自宅で殺された。夫婦の脳は『第九』でMRI捜査されることになり、変わり果てた姉の姿を見た青木は、これまでの捜査で自分が人の死を利用してきたせいだと、和歌子の亡骸を前に号泣する。そして、弔問に訪れた薪（板垣李光人）に自分を捜査から外さないでほしいと懇願するが、それを聞いた母・千枝（神野三鈴）は激高。突然娘を失った悲しみとやり場のない怒りを青木にぶつけ、傍らにいた薪もまた、恐れていた事態が青木の身に起きてしまった絶望感で、青ざめた表情のまま動けずにいた。 条件つきで捜査に加わることを許されたものの、姉夫婦の殺害現場の写真を見て、残酷な現実を受け止めきれない青木。その様子を見た瀧本（眞島秀和）は、「鈴木（中島裕翔／二役）はもっと冷静で思慮深い男だった」と皮肉めいた言葉を投げかけ、さらに鈴木が胸の内に秘めていた薪への思いを代弁して挑発する。 そんななか、和歌子のMRI映像を見た薪は、そこに映っていた犯人と思わしき人物の姿を見てハッとする。 そして、映像の中に出てくる手紙を見た薪は、それが自分宛のメッセージだと気づき、和歌子たちが殺された本当の理由を知る…。

第九に復帰した瀧本（眞島秀和）から精神的に追い詰められた薪（板垣李光人）は、『第九』からレベル５のデータを無断で持ち出した。警察から薪に対し発砲許可がおりたことで、薪に命の危険が迫っていると察した青木（中島裕翔）は、岡部（高橋努）の制止を振り払い、かつて薪が鈴木（中島裕翔／二役）と雪子（門脇麦）と3人で訪れたある場所へと急ぐ。 薪には、ある思惑があった。青木の姉夫婦を殺されたのは自分が原因だと知った薪は、苦しんでいる青木のため、岡部との連絡も絶ち、ひとりで犯人と対峙するためある場所へ向かう。しかし、いまやSATが出動する事態となり、このままでは事件が解決する前に薪が射殺されると考えた岡部は薪を救うため、青木に「おまえがあの人を止めるんだ！」と命じる。 その頃、とある施設にたどり着いた薪は、レベル５のデータをエサに跡をつけてきた人物と対峙していて…。 薪だけが知る秘密とは何なのか!?　秘密を狙う者とはいったい誰なのか？そして、青木は薪を救うことができるのか？ 薪だけが知る秘密、それが明かされるとき、もう一つの葬られていた新たな“真実”が明らかになる―！