2004年的一天，致力于成为推理小说作家的英都大学学生有栖川有栖（窪田正孝 饰）在教室内奋笔疾书，这时专事犯罪心理学研究的副教授火村英生（斋藤工 饰）走到他的跟前，饶有兴致的阅读了有栖川的作品。对于一直致力于追求完美犯罪，甚至在梦中都会将自己化身为凶手的火村英生来说，有栖川的作品让他得到了鲜有的喜悦。他对小说的评价，也让有栖川得到了前所未有的动力。数日后，有栖川去同学家拜访，其中有两个人姗姗来迟，据说遇到了什么意外。火村英生随后出现，道出了其中的隐秘……
本片根据有栖川有栖的推理系列“作家爱丽丝系列”改编。

东京都内发生了三起杀人事件。警方根据所有案发现场都遗留有无法解释的数列，推断出这是一系列带有预告信息的连环杀人案，并就此展开了侦查。警视厅搜查一课的精英刑警新田浩介（木村拓哉 饰）破译出该数字预示着下一次作案的场所，他由此推测东京柯尔特西亚酒店将会成为第4起命案现场，然而凶手是谁却毫无线索。警方因此决定潜入该酒店进行调查，新田则要扮作前台人员追查凶手。受命指导他的是优秀前台员工山岸尚美（长泽雅美 饰）。
面对接连出现的来历不明的住客，作为刑警的新田“以逮捕犯人为第一要务”，试图剥下来客的“假面”，而作为酒店工作人员的尚美则从“以确保客人的安全为第一要务”的原则出发，希望保护来客的“假面”，两人势如水火。新田和尚美因为彼此的立场差异数次发生冲突，然而随着潜伏调查的推进，他们逐渐理解了彼此作为专业人士的价值观，两人之间开始萌生出不可思议的信赖关系。在这个过程中，案情迅速发展，警方和酒店都被逼入窘境无路可退。

繁华大都会日本东京，迎来了一年一度的愚人节。有交流障碍的医院清洁工新田步（户田惠梨香 饰）鼓起勇气打电话给外科医生牧野亘（松坂桃李 饰），宣布自己已经怀孕的事实。谁知对方矢口否认孩子和自己相关，更当成一个恶劣的玩笑，之后继续招蜂引蝶。新田一气之下，杀到了牧野所在的意大利餐厅，结果引发了难以收场的大混乱。那边厢，自称皇族的樱小路夫妇（里见浩太朗 & 富司纯子 饰）在出租车司机（泷藤贤一 饰）的带领下游览东京，度过他们难得的二人时光。另一头的街上，黑道大哥宇田川勇司（寺岛进 饰）带着小弟（高桥努 饰）劫走了小学生江藤理香（浜辺美波 饰），却并不着急索要赎金。警察局一方，小野刑警（高岛政伸 饰）则与神秘的占卜婆婆（りりィ 饰）相周旋。
短暂的一天里，许多人的命运发生翻天覆地的改变……