正准备晋升为帝都大学物理学教授的汤川学（福山雅治 饰）是个不折不扣的物理学怪才，思维异于常人。一日，新人女刑警内海薰（柴崎幸 饰）接手了一宗离奇的人体自燃案件。毫无头绪却又急于破案的她，在警部草薙俊平的引荐下，慕名找到了拥有“怪人伽利略”之称的汤川学。汤川学本不想惹麻烦上身，但终究拗不过内海薰的软磨硬泡，答应协助调查。经过缜密的现场取证与推理，汤川学凭借精深的物理学知识，揭穿了凶手利用反射激光实施杀人的犯罪手法，帮助警方顺利将真凶缉拿归案。没过多久，内海薰又接到一起离奇的谋杀案。案发现场附近的一名小男孩栗林忠广自称“灵魂出窍”时看到了嫌疑人的汽车。若忠广所言属实，嫌疑人的作案条件便不成立，然而警方又怎能将“灵魂出窍”这种超自然现象当成呈堂证供？难道忠广在说谎？内海薰自然而然又找到了她的破案“明灯”——汤川学。汤川学经过仔细的现场勘查与物理验证，证实了忠广的确在特定光学现象下看到了嫌疑人的车辆，由此成功为嫌疑人洗脱嫌疑，同时戳穿了所谓“灵魂出窍”的伪科学外衣，让真相大白于天下。凶险棘手的诡异案件不断发生，而汤川学也周旋在这离奇古怪的迷局里面，一次次运用科学的智慧力量，拨开超自然现象的重重迷雾，将隐藏在背后的真相公之于众。