5年前、仕事から帰る際に事故に遭い、瀕死の重傷を負ったホスト・九十九龍介。現在、右脳が急激に発達し、驚異的な発想力や思考力を手に入れ脳科学者となった九十九は科警研配属初日に、都内で発生した爆発事件の容疑者として拘束される。だが事件の真相を見抜いていた九十九は真犯人を突き止め爆破事件を解決に導いた。そんな中、産業開発省の役人2人が殺害される事件が発生。現場となった被害者宅には被害者の血で描かれた十字のマークが残されていた。テロによる組織的犯行の見解も浮かぶ中、現場に残った指紋から彼らに恨みを抱く一人の男が捜査線上に挙がる。だが、その男は犯行時刻には拘置所にいたという鉄壁のアリバイがあった。
2008年、快楽殺人者の死刑囚・竹神貞次郎が不吉な言葉を言い残し、死刑執行の下で死亡した。その1年後、竹神の事件を担当した刑事・津村が惨殺される事件が発生。しかし現場には死んだはずの竹神の指紋が残されていた。林田は竹神が幽霊となって生き返ったように見える不可思議な状況の解明に九十九を頼るが、竹神事件を担当した鑑識の高田も同様の状況の中で殺害される。警視庁が竹神の信者の杉山に目星をつける一方、丹原は竹神に殺された男性の婚約者である久美子を気に掛ける。その中で九十九は事件を解く鍵として、竹神の最後の犯行となった4件目の事件に着目する。
科警研で倒れ、帝王大王病院に運び込まれた九十九。そこで外科教授の日向が殺害される事件が発生。だが犯行現場となった備品倉庫前を映していた監視カメラには犯人はおろか、出入り口が一つしかない扉が独りでに開く映像が映っていた。林田は透明人間の仕業だと思い込み、その説に興味を持った九十九は舟木の協力を得て検証に乗り出す。そんな中、事件に関する証言をしようとした研修医のめぐみが“透明人間”に襲われてしまう。
弁護士の木下が殺害される事件が発生し、現場のアトリエでピアノを弾いていた記憶障害のピアニストが逮捕される。優の自白ととれるメモが決め手となり、彼の犯行が確定となったが、新しいことを覚えられない彼が殺意を持って犯行を行えるのかを疑念に抱いた丹原は九十九に協力を依頼する。現場で検証に乗り出した九十九はアトリエで4つの音符が書かれた楽譜を発見する。優の犯行ではないと丹原と見解を同じくした九十九は、事件を紐解くため優が忘れ去った記憶の謎に挑む。一方、難波達は発見された白骨死体の身元を割り出す作業に手をつけていて…。
第4話と第5話（前半）、第5話（後半）と第6話はひとつのエピソード。
科警研が都庁の要請で特別セミナーを開催した折、都議会議員が銃殺される事件が発生。現場から採取された指紋とDNAから容疑者として割り出されたのは15年前に失踪した当時10歳の女の子だった秋吉かなこだった。科警研は波越を捜査チームのリーダーに据え、かなこのプロファイリング捜査を開始。だが、九十九は犯行直後にかなこが弁当を食べていたという事実に異様に食いつく。かなこの行動推移の検証の末、かなこが多重人格者だと推理した九十九は「早く捕まえないと大変なことになるかもしれない」とことの重大さを悟る。
九十九にアメリカ行きの話が持ち上がる。そんな中、犯罪捜査の進歩に貢献した功績が認められた科警研は表彰しにやってくる警察庁副長官の川瀬を出迎えることになるが、花束贈呈の瞬間、川瀬がライフルで狙撃されてしまう。警察の裏を書こうとする手口を読んだ九十九の助言で狙撃者を捕まえたが、捕まった男は囮にされただけだった。さらに九十九はそれを不適に笑いながら後にする男と邂逅する。狙撃現場には血で描かれた×の印が残されており、それを見た九十九は警察と科警研への挑戦状だと感づき、闘志を燃やす。だが犯人は衆議院委員の尾崎が誘拐して48時間以内に殺すと宣言、さらに第3の犯行も発生する。そして一連の事件に武井の存在が見え隠れする。
最終回 九十九（つくも・木村拓哉）は、誘拐された衆議院議員・尾崎の息子、伸一郎（鈴木一真）のDNA調査を依頼した。採取したシェーバーに付く皮膚片のDNAは、傷つけた指先でハンカチに書いたと思われる印と一致。だが、伸一郎の指先に傷あとがなかったことを知った九十九は、違う人間でDNAが一致する可能性を考える。
