中国香港警察唐朔，在开车前往机场的路上，接到了同事的求助破案的电话。因为这通电话，唐朔耽误了飞往首尔的航班，令相恋多年、正在筹备婚礼的韩国女友李美熙感到失望，当晚回家的路上，李美熙身首异处。得知消息后悲愤不已的唐朔，决定亲自找出凶手，协助在韩国负责此案件的好友申俊贤破案。而唐朔也在青梅竹马的好友华人记者王安琪也帮助下，住进了华人留学生、黑客高手周浩辰的家。就在这一天，高级酒店的电梯间，一个援交女被人割头杀害。根据电梯割头案的现场线索，唐朔破获了凶手用钢丝杀人的诡计，并断定这是一起有针对性的连环杀人案件，这一精彩的推论，也让唐朔赢得了申俊贤带领的警方团队（郑彩恩、李泰锡等人）的信任。申俊贤带唐朔回到了李美熙死亡的案发现场，唐朔根据现场遗留的痕迹判断出这仍是钢丝割头的诡计，只不过凶手一直开车跟在李美熙的身后，而警方后来调出的监控录像也正证实了这一点，但凶手的动机不明……

在李美熙的葬礼上，李美熙的父母将她的日记交给了唐朔，唐朔却注意到一个在远处默默关注着一切的女人。葬礼后，韩国某高校出现了恐怖的尸块，王安琪的报道让案件迅速得到了全民关注，申俊贤与唐朔同时注意到了是相同手法的密室杀人，却没有想到验尸报告的结果显示——这是这起连环杀人案件的起点。和申俊贤一同重返现场的过程中，唐朔发现了凶手用冰块隐藏尸块的作案手法，随后申俊贤确认了死者的身份——该校学生金美宣，是个人人皆知的应援女。申俊贤来到金美宣的家中，发现了大量的现金和应援记录，开始怀疑凶手针对的都是“妓女”人群，这让唐朔承受了巨大的压力。他在汉江边翻开李美熙的日记，陷入了愧疚与迷惑的情绪，暗恋唐朔许久的王安琪则想尽办法宽慰唐朔，却无济于事。唐朔找到了一直在葬礼上见到的女人尹智慧，得知她才是凶手真正的目标——为了生计所迫而不得不卖淫，尹智慧说出了自己猜测的凶手……

同一时间，申俊贤也根据第一名和第三名死者手机的通话记录，发现了嫌疑人崔正浩，然而崔正浩却已经失踪多日。暴雨中，崔正浩在黑暗的封闭水泥房里醒来，他摸到了身旁的女尸，尖叫不已，晕厥过去。第二天早上，工友们发现了突然出现的水泥房，砸破水泥砖房，却见到了令人惊悚的一幕。申俊贤和手下到达水泥砖房现场，发现又是一起密室杀人，奄奄一息的崔正浩咳嗽着醒来。此时，唐朔也循着尹智慧的线索找到崔正浩，却只见到疾驰而过的救护车。医院里，唐朔冲进病房，崔正浩却因为严重缺氧而变得痴傻，唐朔不相信崔正浩是凶手，申俊贤顶住上司压力带唐朔去现场，而王安琪也暗藏在车中跟随两人。在水泥密室，唐朔根据地上的灰烬、墙上的小孔破解出凶手用硬纸板做墙、从百叶窗灌入水泥、最后燃烧造成密室的诡计。王安琪整理线索，意识到唐朔已率先找到尹智慧，两人发生争执。另一边，申俊贤带手下拆除密室，找到了尹智慧的头颅。

申俊贤拿出化验报告表示唐朔的推理错误，但是唐朔依旧坚信崔正浩不是凶手，凶手另有其人，申俊贤责怪唐朔不提前告诉自己，导致了尹智慧的死亡。王安琪在电视台领导张慧妍的鼓励下，决定假扮妓女引出凶手，却令自己陷入危机。唐朔循着周浩辰对王安琪的定位，找到了王安琪被绑架的地点，却没有追上凶手，唐朔寻求申俊贤的帮助，并推理出第一个砸开水泥密室的人才是真凶。申俊贤带唐朔再次回到水泥密室现场，唐朔推翻了自己此前的推论，找到了密室真正的诡计，申俊贤等人则根据证词，抓获了不打自招的李东旭。

在唐朔的审问下，李东旭交代了犯罪动机，然而在指认现场的时候他从密道逃走，在追捕过程中，李东旭坠楼身亡。然而唐朔回忆起事情经过，认为李东旭死因蹊跷。唐朔请王安琪帮忙翻出了李东旭坠楼的视频，发现了李东旭被谋杀的线索。警局发布会，局长赵昌民已以李东旭畏罪自杀在媒体上公布结案，唐朔冲进现场大喊着自己有证据证明李东旭不是凶手，却被警方拽走。不得已之下，唐朔再度潜入李东旭家，和王安琪一同找到了一张名为《夜雾》的琴谱……