Tomás Sóller, profesor de la Facultad de Psicología, imparte un curso sobre Asesinos en Serie en la universidad cuando un joven entra armado en el campus y asesina al estudiante Carlos Soto y a Rafael Santos, entrenador del equipo de fútbol universitario. Eva Hernández, inspectora jefe de la unidad de Homicidios, acude junto a su equipo al lugar para investigar los hechos, donde se encuentra con Sóller, que se ofrece a ayudarle a esclarecer el doble crimen. Tras identificar al sospechoso como Javier Durán, estudiante de 3º de Derecho, los agentes de Homicidios comienzan a investigar su entorno y descubren poco después que José Ignacio García, compañero de piso de Durán, yace sin vida en el apartamento que ambos compartían. Esa misma noche Javier aparece muerto dentro de su vehículo. Aunque todas las pistas apuntan a que el joven se ha suicidado, Eva y Sóller sospechan que un asesino en serie está directamente involucrado en las muertes.
"Verás cómo puedo hacerlo" son las palabras que dirige Javier Durán a su cómplice en un vídeo en el que se graba a sí mismo simulando disparar a las que luego serán sus víctimas. Tras este descubrimiento, Eva y Sóller viajan a Santander, donde conocen aspectos ocultos sobre el joven asesino: Javier mantenía una relación conflictiva con su padre, un severo ex-militar que le inculcó la afición a las armas. Mientras tratan de averiguar quién se esconde tras los asesinatos de Durán y Salvador Fuentes, Sóller reconstruye la escalada de violencia en el último año del estudiante cántabro y Eva constata que el joven acudía regularmente los fines de semana a la sierra de Guadarrama junto a un hombre mayor. Las declaraciones de un testigo y el hallazgo de varios casquillos de bala revelan que el joven efectuaba prácticas de tiro en una zona apartada. Los resultados del análisis de balística de los casquillos confirman que pertenecen al arma con la que Javier cometió los asesinatos y posteriormente se suicidó, al tiempo que corroboran la presencia de restos de munición de otra arma.
Una coincidencia hallada en varios casquillos de bala encontrados en la sierra madrileña de Guadarrama, donde Javier Durán realizaba prácticas de tiro, lleva a la inspectora jefe y al experto psicólogo a analizar un caso criminal anterior al de Durán: el de José Mª Castro, un administrativo que mató a dos mujeres que trabajaban en su empresa y luego se suicidó. A medida que avanza la investigación del caso, el equipo de la Brigada de Homicidios descubre el lugar en el que El Cazador entra en contacto con sus potenciales víctimas: los grupos de terapia. Paralelamente, Eva y Sóller trabajan estrechamente para detener a un peligroso violador y asesino en serie cuyas víctimas son jóvenes invidentes. Salvar la vida de la última mujer que ha caído en manos del homicida constituirá la máxima prioridad de ambos.
La Brigada de Homicidios acude al Zénit, un exclusivo colegio privado en el que una de sus alumnas ha sido brutalmente asesinada a golpes. Varios miembros del equipo de Eva Hernández centran sus pesquisas en el esclarecimiento del caso mientras los demás investigan un nombre y una dirección que podría llevarles hasta el Cazador. Sin embargo, los datos que arroja la investigación no concuerdan con el perfil del implacable asesino en serie, por lo que Sóller sospecha que el psicópata ha usurpado la identidad de un tercero para llevar a cabo los asesinatos con total impunidad. Entretanto, Pablo se gana la confianza y el respeto de María cuando ayuda al padre de la joven inspectora a librarse de una denuncia menor, iniciativa que propicia un mayor acercamiento entre ambos. Tras percatarse de que Patricia utiliza su capacidad de seducción para sonsacarle información sobre el caso del asesino en serie, Alonso decide apartarse de ella. Por otra parte, Sóller descubre que es feliz colaborando con Eva y compartiendo con ella cada minuto del día.
Tras huir del centro penitenciario en el que cumplía condena, un preso fugado comete un doble crimen. Una de las víctimas es un agente de policía, por lo que Alonso y Pablo se ven obligados a unirse al equipo de Santamaría para esclarecer el caso. Sin embargo, los controvertidos métodos utilizados por el veterano inspector jefe dificultarán la colaboración entre las dos unidades de la Brigada de Homicidios. A pesar de ello, Alonso, profundamente implicado en el caso, proseguirá con la investigación. Mientras siguen las pistas que va dejando el Cazador, Eva y Sóller investigan un grupo de terapia para adictos al sexo, en el que uno de los participantes, Antonio López, podría haberse convertido en una víctima más del asesino en serie. La inspectora jefe de la unidad de Homicidios y el experto psicólogo consideran que su testimonio puede ser clave para atrapar al despiadado criminal. Por otra parte, Eva se encuentra con su madre Paulina (Belinda Washington), con quien mantiene una compleja relación debido a diversos rencores y malentendidos que las han ido distanciando.
El atroz asesinato de un hombre convulsiona a los habitantes de una pequeña localidad madrileña. Eva y Sóller acuden al pueblo en busca de pistas y evidencias que les permitan encontrar al asesino. Desde un primer momento, Suárez (Dani Muriel), el joven jefe de la policía local, les brinda su ayuda y colaboración, pero a medida que avanza la investigación del caso, los efectivos de la Brigada de Homicidios descubren que algunos de los vecinos del municipio ocultan oscuros secretos del pasado. A pesar del amplio despliegue policial, Eva Hernández y su equipo observan cómo día tras día varios habitantes son asesinados, por lo que trabajarán contrarreloj para poner fin a esta escalada de violencia que está sembrando el pánico en la localidad. Por otra parte, la investigación del Cazador parece haberse estancado debido a la falta de avances y nuevos indicios. Poco después, se produce una filtración de información a la prensa que suscita una gran polémica en los medios de comunicación y que crea una gran tensión en la unidad en la que trabaja Eva.
Los efectivos de homicidios investigan el caso de Candela, divorciada y madre de dos niños, que se ha convertido en la nueva víctima del Cazador. El equipo de Eva se encarga de su misteriosa desaparición junto a la de sus dos pequeños, Víctor y Hugo, de siete y cuatro años respectivamente. Tras constatar que Candela ha encerrado a sus hijos en una leñera sin agua ni comida, tal y como hacían sus padres con ella durante su infancia, Sóller y Eva tratan de localizar a los menores antes de que sea demasiado tarde. Varias pistas permiten a los efectivos seguir el rastro de la mujer hasta que poco después hallan su cuerpo sin vida. La inquietud comienza a hacer mella en Sóller, que afirma que el Cazador ha concluido su ciclo, por lo que las esperanzas de encontrar vivos a los niños se reducen cada hora que pasa. Determinados a salvar a los menores, Eva y Sóller siguen una pista. Su profunda implicación en el caso, unido a nuevos y sorprendentes descubrimientos, les lleva a replantearse su visión sobre el Cazador.
Su deseo de impartir justicia y el carácter controlador del Cazador llevan a Tomás Sóller a pensar que el hombre que buscan es un asesino atípico que empatiza con sus víctimas.
Conscientes de que se encuentran en el punto de mira del Cazador, los miembros de la unidad de Homicidios liderada por Eva Hernández sospechan que el implacable psicópata puede atacarles en cualquier momento. Sin embargo, se ven obligados a aparcar sus temores mientras investigan un nuevo caso criminal: el de un adolescente que cree haber cometido un crimen en estado de sonambulismo. El principal sospechoso del caso es Guillermo, un joven que padece parasomnia, un trastorno de la conducta durante el sueño. Apoyado en todo momento por su padre, Castro (Patxi Freytez), el adolescente asegura a los agentes de policía que es incapaz de recordar nada de lo sucedido. Además, la atracción entre Eva y Sóller se hace más patente que nunca, por lo que sus relaciones con Carlos y Helena se resienten.
Los miembros de la brigada dirigida por Eva Hernández esperan que en cualquier momento el implacable criminal les ataque. Jornadas de trabajo extenuantes, unidas a la larga espera y a una gran presión, comienzan a dejar secuelas en Sóller y en los agentes de policía, que ven cómo su vida personal se resiente. Mientras tanto, la unidad de Homicidios investiga el intento de asesinato del padre de María cuando éste cae herido tras ser disparado. La búsqueda del autor del tiroteo permitirá a la agente Losada descubrir quién es en realidad su progenitor. Poco después, la tensa espera llega a su fin cuando el Cazador acomete su golpe definitivo, situación que mantendrá en vilo a todos miembros de la Brigada de Homicidios.
Horas después de que el Cazador y Antonio López secuestren a Helena, los efectivos policiales localizan el cuerpo sin vida de la camarera del O’Connors. Tras examinar el cadáver, los miembros de la Brigada de Homicidios descubren que la joven ha sido violada y torturada hasta morir. Poco después, el Cazador propone a Tomás Sóller salvar la vida de Antonio López con una singular condición: si el experto psicólogo no logra encontrarlo en un plazo de doce horas, él hará pagar a López por su ensañamiento con Helena. Sóller, por su parte, decide no entrar en el macabro juego y abandona la investigación para prestar su ayuda a los padres de Helena mientras se hacen cargo del cadáver y tratan de asumir la pérdida de su hija. Entretanto, Eva Hernández y su equipo localizan el cuerpo de Antonio López, a quien el Cazador ha ejecutado sin respetar el plazo marcado inicialmente. Inesperadamente, la grabación de la confesión del asesinato de López a manos del escurridizo criminal ofrece al psicólogo una pista que les permitirá estrechar el cerco sobre él.
La nueva teoría de Sóller, en la que sostiene que el Cazador es un hombre con grandes conocimientos de Psiquiatría involucrado en un crimen violento, lleva a Eva Hernández y a los miembros de la Brigada de Homicidios a investigar a Fernando Sánchez-Lago, antiguo doctor de Psiquiatría del Hospital Clínico. Tras indagar en su pasado y entorno familiar, la unidad constata que Cristina, su hija adolescente, fue brutalmente asesinada hace cinco años, crimen aún sin resolver. Aunque el facultativo niega categóricamente cualquier vinculación con el Cazador, Sóller y Eva creen que el origen de la larga estela de crímenes se halla en la muerte de Cristina. Nuevas indagaciones sobre la familia Sánchez-Lago permiten los efectivos policiales realizar un extraordinario descubrimiento: localizar la casa de Guadarrama en la que Cristina fue asesinada, evidencia que les llevará a descubrir la verdadera identidad del Cazador.
Tras descubrir que el doctor Salas es el Cazador, Eva y Sóller redoblan sus esfuerzos por localizarlo para impedir que acabe con la vida de otros inocentes. El experto psicólogo constata que el asesinato en 2007 de Cristina Sánchez-Lago, una estudiante con la que Salas mantenía una relación sentimental, hizo aflorar en él su instinto homicida dando comienzo a su estela criminal. Cuando Eva está a punto de detenerlo, el homicida logra escapar. Poco después, la inspectora jefe de la Brigada de Homicidios registra el despacho del terapeuta, donde constata que ha manipulado a una nueva víctima: un psicópata que planea asestar un último golpe. Los miembros de la Unidad de Homicidios trabajan contrarreloj para tratar de averiguar cuál será su próximo objetivo y detenerlo antes de que cometa nuevos crímenes. La investigación de este último caso llevará a Tomás Sóller a vivir un momento crucial: enfrentarse cara a cara con el Cazador.
