捜査一課の須藤友三（渡部篤郎）は、ある事件で銃弾を頭部に食らい負傷。窓際の「総務課動植物管理係」に配属となった。そこは、容疑者のペットを、保護・世話をする通称“警視庁いきもの係”で、所属は、巡査の薄圭子（橋本環奈）のみ。事務員として田丸弘子（浅野温子）と、受付に三笠弥生（石川恋）がいるほか、弥生とのおしゃべり目当てで、元刑事の二出川昭吉（でんでん）がたまにやってくる程度。捜査一課管理官の鬼頭勉（寺島進）から辞令書を渡され失望する須藤に、かつての相棒で巡査部長の石松和夫（三浦翔平）が声をかける。須藤が捜査一課に復職すると早合点し喜ぶ石松に、須藤は総務課に異動になったと告げた。そんな須藤に、弘子が立てこもり事件の現場へ行くよう促した。そこには元同僚の日塔始（長谷川朝晴）や石松、桜井薫（清原翔）ら刑事がいて、アパートに立てこもった犯人に投降を呼び掛けていた。須藤に気づいた日塔は、あんたの現場はあっちだと指示、そこでは圭子が配水管をのぞき込んでいた。圭子は、配水管にはさまって身動きが取れない猫を救出するために来ていた。総務課に、ある容疑者がペットを飼っていることが分かったため、その保護を頼みたいという依頼が。須藤と圭子は、容疑者が住むマンションへ。そこには巨大な鳥かごが5つ並び、それぞれに20羽近くの小鳥が入れられていた。室内を見て歩いた須藤は、ある違和感を抱き・・・。
大手食品グループの会長・藤原（河野洋一郎）が、自宅のペンギン飼育室で溺死しているのを、妻の亜紀子（幸田尚子）が発見した。警察は、藤原がペンギンの世話をしている時に足を滑らせて後頭部を強打し池に落下したと断定。残されたペンギンを保護するために、須藤（渡部篤郎）と圭子（橋本環奈）が、藤原宅を訪ねることとなった。そこで藤原の遺体写真を見た圭子は「藤原がペンギンの世話をしていたとは思えない」「事故ではなく他殺の可能性がある」と須藤に話す。他殺であれば、死亡推定時刻に自宅にいた亜紀子、藤原の秘書の久慈（小柳友）、亜紀子の兄の青木（勝矢）が容疑者となる。 飼育室に隣接するバックヤードにあった作業服を見た圭子は、それが藤原が着ていたとは思えない大きなサイズだと気づく。作業着にペンギンの臭いが染みついていたことから、この作業着を着ていた人物が、藤原の代わりにペンギンを世話していたのではないか、と推測。その時、須藤は、物陰から自分たちを見ていた久慈に声をかけた。久慈は、ペンギンにエサをやろうとやってきたという。圭子は久慈に近寄ると、クンクンと臭いをかぎはじめた。 総務部総務課に戻った須藤と圭子は、石松（三浦翔平）から詳細を聞き事件を整理していくと、久慈は藤原から叱責（しっせき）されることが多かったと分かる。弘子（浅野温子）は「それを恨んでの久慈の犯行なのか」と聞くが、須藤は何かが引っかかると言い・・・。
山脇という男性が海に投身自殺し、残されたペットの蛇を、須藤（渡部篤郎）と圭子（橋本環奈）が保護することになった。須藤と圭子、蛇好きの弥生（石川恋）の3人で、山脇宅を訪ねると、室内の奥の飼育部屋に大きな蛇が2匹いた。珍しい蛇にテンションがあがる圭子と弥生とは逆に、須藤は腰が引ける。圭子は、飼育部屋の環境や蛇の状態から、山脇が愛情を持って蛇を育てていたと分析。ここまで蛇に愛情を注いでいた人が自殺するのはおかしい、と須藤に話した。須藤は、それを石松（三浦翔平）に報告。すると、石松も、自分にも引っかかっていたところがあると明かした。山脇が自殺したと思われるのは6月15日で、遺体の発見は19日。しかし、17日に隣人が山脇を見たと証言している、というのだ。翌日、再び山脇宅に入った須藤と圭子は、浴室のカーテンに血痕が付いているのを見つける。須藤は、何者かが山脇を浴室で殺害し、自殺に見せかけるため、海岸に運んだのかもしれない、と推測。そんな時、圭子が見つけた便せんを見た須藤は、最初のページを鉛筆でこすった。すると、あるメッセージが浮かび上がった。同じ頃、石松、日塔（長谷川朝晴）、桜井（清原翔）は、10年前に起こった強盗傷害事件を追っていた。時効が3日後に迫った今、食い逃げ事件の現場から採取された指紋が、10年前の事件の容疑者と一致したのだ。そこへ、石松に須藤から連絡が入り・・・。
須藤（渡部篤郎）は、応援に入った捜査一課の事件現場で本部の指示を仰がずに突入。犯人は逮捕したものの、日塔（長谷川朝晴）から大目玉を食らう。そんな折、須藤は、石松（三浦翔平）から手紙を渡される。それは、16歳になったという息子の手紙で、息子がいた記憶がない須藤は、動揺する。その後“いきもの係”に戻った須藤は、圭子（橋本環奈）と弘子（浅野温子）がガスマスクをしていることに仰天。聞けば、スカンクを預かっているという。そこへ、石松が新しい事件の詳細を持ってきた。事件が起こったのは3日前の夜、小学校の廊下で教頭・三好（高松克弥）が後頭部を殴打され死亡。容疑者は、そばに倒れていた学習塾の元経営者・津浜（志賀圭二郎）で、意識不明の重体だという。ふたりは、課外授業「ふれあい教室」を巡りもめていた。ふれあい教室では、津浜が飼っていたヤギとの触れ合いが人気だった。津浜が入院中のため、ヤギを圭子らが保護することになったのだ。須藤とともにヤギ小屋へ来た圭子は、ふわふわでかわいいシバヤギにテンションが上がる。環境もヤギの状態も良く圭子が安堵していると、少年がやってくる。現場にいた四十万（横山だいすけ）が制しても、少年は小屋まで入って来る。須藤が話を聞くと、少年は“ヤギのおじちゃん”と呼ばれていた津浜はいい人で、絶対に悪いことはしないと譲らない。一方の圭子は、四十万のシャツにファンデーションが付いていたことが気にかかる。
須藤（渡部篤郎）は、過去の記憶があいまいなことを圭子（橋本環奈）に指摘されショックを受ける。やがては、警察中の人間の知るところとなり、そうなれば刑事を続けることは難しいと悲観し、辞職を決意する。そんな折、石松（三浦翔平）から、圭子が殺人事件の第一発見者になっていると連絡が入った。現場に駆け付けた須藤に圭子は、知人の五反田（鈴之助）からリスザルのことで相談を受け、様子を見に五反田のマンションに寄ったところ、五反田の恋人の名子（渡辺瞳子）が死んでいるのを見つけた、と証言。鉄アレイで後頭部を殴打されたのが死因だった。現場を捜査した日塔（長谷川朝晴）は、暑い部屋の温度を下げようとリモコンを探し、床に落ちていたものを拾う。すると、そこに血痕が付いていた。捜査の結果、鉄アレイから五反田の指紋が出たこと、五反田と名子は別れ話でもめていたことから五反田が容疑者となった。翌日、いきもの係に日塔から、五反田の部屋でリスザルが大暴れしていると報告が入る。須藤と圭子が到着すると、リスザルと格闘した警官が数名ヘトヘトになっていた。四十万（横山だいすけ）は、リスザルに噛まれ病院へ向かったという。リスザルは興奮して部屋を飛び回っていたが、圭子がつかまえてあやすと、落ち着きを取り戻す。さらに、圭子がエサは何がいいかと聞くと、鳴いて答えた。圭子は、リスザルのケージの扉のストッパーがゆるんでいたことが気にかかる。
「殺人現場に得体の知れない動物らしきものがいる」と、“いきもの係”に連絡が入った。悪魔のような唸り声がして、誰も手出しができないという。須藤(渡部篤郎)と圭子(橋本環奈)は現場に向かう。 須藤と圭子が梶田(斉藤佑介)という被害者の家に着くと、日塔(長谷川朝晴)と桜井(清原翔)が、布がかかったケージの前で立ち尽くしていた。そばには、気落ちした様子の石松(三浦翔平)もいた。石松の顔を見た須藤は、突然、頭痛に襲われる。ところが、圭子を見ると頭痛は止んだ。どうやら、たい焼きを見た時と同じ現象のようだ。須藤は、石松に退出するよう頼む。 桜井によれば、梶田は頭部を殴打され死亡。遺体は隣人が発見したと言う。大きなケージがあるほかは、部屋は殺風景だった。日塔に指示された圭子が静かに布を取ると、中に体長30㎝ほどのヨウムがいた。状態は良いが、「最も賢い鳥」と言われ知能が高いヨウムは、飼い主が殺害された現場を目撃したため、おびえてエサを取らないのが問題だと圭子は話した。 その後、梶田ともめていた伊勢(土平ドンペイ)という男が浮上。ヨウムは、もともと伊勢が飼っていたが、会社が経営不振に陥ったため、梶田に預けていたものだった。梶田が、誰かに大金を貸していることも判明したため、警察は、梶田と伊勢の借金を巡るトラブルではないか、と推測。しかし、伊勢は完全否定する。一方、ヨウムの世話をする圭子は、ヨウムが遊ぶブロックが外れていたことに気づき…。
古い一軒家にひとりで住む高齢男性の川田(秋間登)が、首を絞めて殺された。発見したのは、友人の戸村(坪谷隆寛)で、戸村は川田が飼っていたピラニアを見せてもらうため自宅を訪ねた、と証言した。 須藤(渡部篤郎)と圭子(橋本環奈)は、ピラニア保護のため川田宅へ。そこで、日塔(長谷川朝晴)から、水槽の底に沈んでいるものを取るよう指示される。圭子が取ると、それは、戸村が勤める宅配会社の社章だった。石松(三浦翔平)は、戸村がピラニアを巡り川田ともめていたこと、さらに、周囲の防犯カメラに、戸村が川田の家に石を投げつける様子も映っていた、と説明した。 事件からさかのぼること２週間前、川田宅の近所の公園の池にピラニアが放流され、その後、区役所に「公園で遊ぶ子どもの声がうるさい」と苦情が寄せられるという騒動が起こっていた。須藤は、この“いかにも川田の犯行”と思える事件の流れを不審に思う。 川田宅の水槽を見ていた圭子は、「ナッテリー」という初心者向けのピラニアの状態が悪いことに気づく。水槽や設備が新しいのを見ても、ピラニア飼育のベテランの川田がナッテリーを飼い始めるとは思えない、と圭子は須藤に話した。ふたりは、近くでピラニアを扱っているペットショップへ行き、オーナーの草野(夕輝壽太)に聞くと、草野は川田をよく知っていると答えた。やがて、動物に関する知識が豊富な草野と圭子は意気投合し、草野は圭子をデートに誘う。
圭子(橋本環奈)が“いきもの係”から抜けるかもしれないと、鬼頭(寺島進)から告げられた須藤(渡部篤郎)は、そのことを石松(三浦翔平)に話した。するといつの間にか、弘子(浅野温子)、二出川(でんでん)、弥生(石川恋)も来て話を聞いていた。圭子に詳細を聞いていないという須藤に、弘子らは“聞く”“聞かない”で揉めはじめる。 そんな中、石松が新たな事件について明かした。渋谷(岡慶悟)という会計士が自宅書斎で撲殺されているのを、妻の敦子(青山倫子)が発見。容疑者は、隣人で翻訳家の藤田(千葉ペイトン)だという。渋谷は、藤田が飼っているフクロウの鳴き声や羽ばたきがうるさいと苦情を訴え、トラブルになっていた。敦子は二人を和解させるため話し合いを持たせたが、お互い譲らずに関係はさらに悪化した。話し合いには、藤田の友人でミミズクを飼う友塚(佐伯新)が付き添っていた。捜査の結果、藤田の家から、渋谷の血液と藤田の指紋が付いた凶器が発見されたが、藤田は犯行を全面否認しているという。 須藤と圭子が藤田の家に着くと、四十万(横山だいすけ)が、うれしそうに走ってきた。四十万に確認し、室内に入った二人を体長50㎝ほどのモリフクロウが迎えた。室内で放し飼いにされているフクロウが空腹だと察した圭子は、エサを与える。その後、室内を見回した圭子は、止まり木の下に置かれているためフンが付いている地球儀を見て、疑問に思う。
“いきもの係”で慰安旅行が催され、須藤(渡部篤郎)、圭子(橋本環奈)、弘子(浅野温子)のほか、石松(三浦翔平)らも参加する。一行が山中にある温泉旅館に到着すると、なぜか四十万(横山だいすけ)がいた。聞くと、ギックリ腰で動けない町の駐在の応援だという。四十万は、旅館の女将の娘・弓子(西畑澪花)が強盗被害に遭ったため、駆け付けていたのだ。 女将に案内され館内に入るや、圭子は事務所にいたヨツユビハリネズミに釘付けになる。弓子のペットだが、弓子はケガで入院中なので、世話ができずに困っている、と女将は訴えた。 早速、須藤を連れハリネズミの世話を始めた圭子は、その手と腹に小さな傷があることに気づく。女将は理由が思い当たらないと言うため、圭子は須藤、四十万と弓子に会いに行く。何者かに頭部を殴られ負傷した弓子は、頭に包帯を巻いた姿でベッドに横たわっていた。弓子は、ハリネズミが自分にあまり懐いていないこと、生餌は旅館の従業員のアサクラ(林 和義)が与えていることを話した。 旅館に戻った圭子は、アサクラに生餌は何を与えているのか、アサクラ自身は甘いものが好きか、などと聞く。さらに、栗原(檜尾健太)という“ハリネズミ友達”がいるが、栗原の妻・亜希子(高橋美津子)はハリネズミを嫌っていることも分かった。 そんな時、時刻は午後６時半になる。何かを悟った圭子は、アサクラから栗原の住所を聞き出すと、須藤とともに急行する。
須藤(渡部篤郎)と圭子(橋本環奈)は、四十万(横山だいすけ)に案内された警察病院の部屋で元気な鬼頭(寺島進)と対面する。何者かに撃たれ重傷を負ったと報告されたが、それは敵を欺くための偽装だったのだ。敵とは、表向きは宗教法人だが実態は詐欺集団の「ギヤマンの鐘」だという。鬼頭は、そんな危険な集団と手を組み、無差別テロを主導している庄野(利重剛)の写真を見せた。圭子は、その顔に見覚えがあった。石松(三浦翔平)が蜂に刺されたファミレス、慰安旅行に向かうバスの中で見かけていたのだ。 実は今から５年前、庄野はある事件の容疑者となり、連日警察で取り調べを受けていた。 結局、無関係だと分かり解放されたが、その間にやってきた台風が庄野の経営する養蜂場を襲い、蜂が全滅するという悲劇が起こった。その事件を捜査し、庄野を取り調べたのが鬼頭だった。 庄野の所在の手がかりをつかむため、須藤と圭子は、庄野の養蜂場を訪ねる。そこに養蜂場の形跡はなく、古びた小屋があるだけだった。すると、小屋の方から犬の声が聞こえた。捨て犬かもしれない、と思った圭子は小屋へ向かう。須藤がそれを制止しようとした時、目の前を空気を引き裂いて何かが横切った。須藤はとっさに圭子に覆いかぶさり地面に伏せると、すぐそばの地面が爆ぜた。周囲を見回すと、木陰に須藤たちを狙う庄野とギヤマンの鐘の信者の姿があった。危険を感じた須藤は小屋に逃げ込もうとしたが…。
