パーティーでゾンビに襲われ、ゾンビになってしまった研修医のリヴは、遺体解剖の職に就く。人間の“脳みそ”を食べないと人間らしさが維持できないからだ。やがてリヴは、脳みそを食べると脳みその持ち主だった死者の記憶が見えることに気づく。事情を知った上司ラヴィは、殺人課の刑事クライヴ･バビノーと協力して殺人事件を解決するようリヴに提案する。そして、事件を解決したリヴは生きる目的を見いだすのだった。

画家のハビエルが殺され、リヴ、ラヴィ、クライヴはさっそく犯人捜しを開始する。ハビエルの脳みそを食べたリヴは彼の才能を受け継ぎ、絵を描き始める。そして夢の中に出てきたゾンビ男の似顔絵を描いたリヴの前に、ブレインと名乗る男が現れる。ハビエルの情熱をも受け継いだリヴには、元婚約者のメイジャーへの思いが復活する。

ＩＴ業界の寵児ウォーリー･ウォーカーが殺害され、リヴの同居人ペイトンが、検事補として事件を担当することになる。そして、ウォーカーを殺したのは、リヴが脳を食べたひき逃げの被害者マーヴィン･ウェブスターだということと、マーヴィンはソシオパス（社会病質者）の殺し屋だったということが判明する。ゾンビの目撃情報を得たラヴィはリヴを連れて調査に向かう。一方メイジャーは新たな人生を歩もうとしていた。

リヴが殺人事件の被害者の脳みそを食べていると、クライヴがやって来る。リヴはいつものように殺人事件の捜査に協力しようとするが、クライヴはそれを拒否する。そんなクライヴを不審に思ったリヴとラヴィは独自に調査を進めるが、困難な状況に陥ってしまう。一方リヴは、メイジャーが同居人を探し始めたと聞き、彼が新しい恋人との同居を考えているのだと思い込む。

リヴの大学時代の友人ホリーが、スカイダイビングの事故で亡くなる。事故の真相を解明するため、リヴはホリーの脳を食べることにする。リヴとクライヴは、参考人の１人として、ホリーと一緒にダイビングをしていたカーソンに話を聞く。一方リヴは、もう１人の参考人であるローウェルとカーソンとの共通点に気づく。そんな中、メイジャーは失踪した少年の捜索をクライヴに依頼する。

コンピューター･ハッカーのカトラーが殺され、リヴ、クライヴ、ラヴィの３人は、事件の捜査を開始する。被害者の脳みそを食べたリヴは、カトラーの極端な広場恐怖症とゲームのスキルを受け継ぐ。ラヴィはリヴにＲＰＧゲームのプレイをさせ、ゲームを通じて犯人捜しをするように促す。その頃ブレインは、リヴに近しい人物と知り合いになっていた。

助けを求めて近づいてきた若い妊婦に驚くティーンエイジャーたち。妊婦は間もなく死亡するが、お腹の赤ん坊は助かる。リヴとクライヴは事件の捜査を開始し、容疑者を尋問する。妊婦の脳を食べたために、リヴには強い母性本能が目覚める。一方、メイジャーはショッキングな発見をする。

ラジオの恋愛トーク番組のパーソナリティ、サーシャが殺され、リヴとクライヴは捜査を開始する。サーシャの脳みそを食べたリヴは、さまざまなビジョンを見る。個人的なことに踏み込もうとするリヴに、気まずさを覚えるクライヴ。一方、ペイトンはメイジャーを助けようとし、ブレインは警告を発する。ラヴィはペイトンに一目ぼれし、デートに誘おうとする。リヴはデートに応じるようペイトンに助言する。

元陸軍軍曹で狙撃手のエヴェレットの遺体が発見される。リヴとクライヴは、エヴェレットの元妻ペニーとペニーの再婚相手ショーンに話を聞く。エヴェレットの脳みそを食べたリヴは、ペニーとショーン夫婦がエヴェレットと激しく争う様子のビジョンを見る。メイジャーは失踪した少年たちの謎の解明に一歩近づく。そして、リヴはブレインが恐ろしいことをしていると気づく。

メイジャーと共に少年たちの失踪事件を追っていたジャーナリストが殺害される。捜査を開始したリヴとクライヴは、マックス･レイジャーというエナジードリンクが精神錯乱を引き起こすという情報にたどりつき、マックス･レイジャーの社長のヴォーンに話を聞く。ラヴィは、自分の頭がおかしくなったと思い込むメイジャーを救おうとする。

メイジャーが入院している精神科病院でスコットＥの遺体が発見される。自殺に見せかけた他殺だった。スコットＥの脳みそを食べたリヴは、現実と妄想の区別がつかなくなってしまう。メイジャーから話を聞いたクライヴは、秘密のファイルをスコットＥが持っていたことを知る。そして、そのファイルには犯人の特定につながる重要な手掛かりが含まれているらしいということが判明する。

４人の高校生が真夜中のドライブ中に人をひき殺す。４人は死体を森に埋めるが、死体が突然生き返り、１人の少女が襲われて死亡する。捜査のために少女の脳みそを食べたリヴは、ティーンエイジャーの前向きな性格を受け継ぐ。後日、４人のうちの別の１人が遺体で発見され、新たな謎が生まれる。一方、ブレインの店が怪しいと気づいたメイジャーは、店に忍び込んで様子を探る。

マックス･レイジャーの不祥事に関する新たな証拠を発見したリヴとクライヴは、社長のヴォーンに会いに行く。ラヴィはゾンビを人間に戻す治療薬の開発を続けていた。一方、ブレインはリヴにある提案をする。それはリヴには拒否できない提案だった。メイジャーは、探っていたブレインの店から逃げ出したものの、絶体絶命のピンチに陥ってしまう。