正准备获得帝都大学的物理学教授的汤川学（福山雅治 饰）是一名不折不扣的物理学怪才，思维异于常人。这日，女警内海薰（柴崎幸 饰）接手了一单离奇的人体自燃案件，毫无头绪却又急于破案的她在同事草薙俊平的介绍下，找到了汤川学。汤川学本来不想惹麻烦上身，后来经不起内海薰的纠缠，终于答应和她携手破案。在经过一系列取证后，汤川学运用他精深的物理学知识，终于揭破了罪犯的犯罪手法，帮助警方顺利破案。
一日，内海薰又接到了一起离奇的谋杀案子。小男孩忠广自称灵魂出窍看到了疑犯的汽车，若忠广所言属实，则疑犯的嫌疑能得以洗脱，然而警方又怎能将灵魂出窍当成证供？难道忠广在说谎？内海薰自然又找到了她的“明灯”——汤川学。汤川学经过现场取证，证明了忠广的确看到了疑犯的汽车，由此为疑犯洗脱了嫌疑，同时戳穿了所谓的“灵魂出窍”，最后真相大白。
凶险棘手的案件在不断发生，而汤川学也周旋在这离奇古怪的迷局里面，一次次展现了智慧的力量。

东京都内发生一起连环爆炸事故，警视厅搜查一课林田虎之助（水岛宏 饰）与上司丹原朋实（香川照之 饰）在现场逮捕了疑似嫌疑人的古怪男子九十九龙介（木村拓哉 饰）。警视厅内，龙介却利用缜密的推理能力很快揪出了真正的犯人，令两人惊诧不已。原来龙介竟是科学警察研究所（IPS）脑科学部的新主任。五年前还在夜店工作的他因一次意外右脑变得异常发达，从而成为一名优秀的脑科学者。在IPS脑科学部，龙介以特立独行的方式带领着从化学部调派来的唯一助手由里和音（绫濑遥 饰），协助警视厅侦破了诸多看似匪夷所思的棘手案件。
本剧每集都邀请明星客串，广末凉子、市川海老藏、Gackt、龟梨和也、仲间由纪惠、香取慎吾等人悉数登场。