从细微处着手，哪怕只有蛛丝马迹，也能顺藤摸瓜找到真正地凶手，这就是强大的犯罪行动分析室（CPS）。这是警视厅搜查一课新设立的部门。部门囊括了多名优秀人员。其中有从美国FBI特工学院毕业的新晋犯罪画像员香月翔子（北川景子 饰），她尤其喜爱和擅长揣摩犯罪分子的心理，拥有天马行空的想象力；CPS的组长结成晶（木村多江 饰）则是进行总的规划和掌控，是团队绝对的核心；拥有2个博士学位的新堀圭祐（平冈佑太 饰），利用统计分析方法，发觉犯罪嫌疑人的藏身之处，视翔子为竞争对手。除此之外，这个团队还包括了法医、IT、课长等人。
强大的团队让看似完美不留痕迹的犯罪变得漏洞百出。不是传统的只停留在表面的探案方法，而是挖掘犯罪背后的原因，犯罪心理分析官们带来一出出精彩的探案过程。

供职于某医疗机构的医师时藤隆彦（阿部寛 饰），与会长手都孝光（津川雅彦 饰）美艳的妻子芽衣子（吉瀬美智子 饰）发展了一段不伦之恋。为达到长久在一起的目的，芽衣子怂恿时藤杀害了丈夫，并企图制造一起完美犯罪。正所谓人算不如天算，时藤的行动出现差错，自己也被困在电梯之中。另一方面，执行任务的小警察赤城邦卫（玉山鉄二 饰）被黑帮殴打并抢去配枪，他和女友松本美加代（北川景子 饰）私自开走了时藤停在路边的敞篷车追赶黑帮。自此，一切陷入失控，众人各自朝向既定的命运绝望行进……
本片翻拍自法国著名导演路易•马勒1958年的同名影片。