法医三澄美琴在非自然死亡原因研究所（简称UDI）工作，研究所坐落在东京都23区以外的西武藏野市中心，接收全国各地发现的死状异常或因遇害而死的遗体。每年，这里受警察和地方自治体委托处理的遗体大约400具。解剖这些遗体并查明死因就是UDI的职责。UDI有两个团队——三澄班和中堂班。三澄班的主刀法医是美琴，临床检查技师是东海林夕子，记录员是久部六郎。中堂班的主刀医生的中堂系，临床检查技师是坂本诚。而统率这两支富于个性的团队的人是所长神仓保夫。这天，一对中年夫妇造访UDI。他们那独自生活的儿子高野岛渡去世了，警察方面判定是虚血性心脏病。高野岛夫妇不认可这个死因，因为儿子很年轻，喜欢登山，身体健康，就算是外行也不相信这样的人会有心脏病。他们希望警方能调查儿子的真正死因，但警方以案件没有疑点为由拒绝了。美琴等人马上开始解剖。结果发现心脏没异状，反而发现了急性肾功能不全的症状。美琴怀疑是毒药致死，进行了详细调查，却不能确定是哪种毒药导致死亡。这时，传来消息，和高野岛一起工作的年轻女同事在高野岛去世的第二天也突然死亡，死因不明。为了查明死因，美琴、六郎和东海林一起去了高野岛的公寓，遇到了高野岛的未婚妻马场路子。马场也是高野岛遗体的第一发现人。他们听说马场的工作是开发某种剧毒药品。因为没人知道的毒药，所以她开发的是“无名毒”。在现有的毒药鉴定体系中，法医只能用已知的毒药进行对比检测，所以没法检出“无名毒”。也就是说高野岛是被害的。当马场被问及高野岛死亡时她是否有不在场证明时，她竟微笑着说她一个人在家，所以没有不在场证明。

美琴所在的UDI团队接到来自警方的委托，到集体烧炭自杀的现场进行勘查。现场有四具遗体，刑警毛利主张这不是案件，而美琴决定进行解剖。解剖结果表明，有三人是一氧化碳中毒，可以断定为自杀。但是，有一个少女的死因却是“冻死”的。而且不可思议的是，在她的胃里发现了呼救纸条。美琴确信这是一起杀人案。她和六郎等队员不顾所长神仓的阻止，尝试解读身份不明的少女留下的信息的意思。为了更快破案，美琴邀请六郎去温泉。前往温泉时，美琴和六郎发现了令人震惊的事实。而此同时，生死攸关的危机也向二人袭来。

美琴作为半年前发生的“主妇博主杀人案”的证人出庭。被告是被害者的丈夫要一。他承认有罪，说杀人动机是不堪忍受妻子的精神虐待。然而，在审判中，美琴发现作为证物提交的菜刀并非真正的凶器，她当场指出了这一点。听到她的话后，被告要一也突然翻供，声称自己无罪。法庭上一片混乱，检察官鸟田很生气。所长神仓担心与检察厅作对会影响警察厅给UDI的拨款，而美琴则决心再次出庭以便找出此案的真相。于是，她与能颠倒黑白、检控成功率高达99%的检察官，在法庭上展开了对决。

UDI接到美琴的母亲、律师夏代解剖尸体的委托。夏代想探明年纪轻轻就因摩托车事故而去世的佐野的真正死因。佐野与妻子及两个孩子一起生活，他的摩托车意外险过期限了，而且没有买人寿保险，所以他的妻子可奈子走投无路。夏代想帮助可奈子，所以委托UDI解剖佐野的尸体。佐野发生事故的原因，有三种可能性：第一，佐野因在工厂长时间工作造成过度疲劳；第二，他驾驶的摩托车在修理时出现失误；第三，他的专职医生漏诊，没有发现他患有疾病。死因不同，责任方就会不同，所以对遗属来说，查明死因是当务之急。而且，受怀疑的工厂厂长、摩托车维修店的长、以及医院的律师都来到UDI，开始互相推卸责任。秉持中立立场的美琴团队着手进行解剖，发现佐野是死于意外原因。另一方面，UDI收到威胁信，信上写着“如果你不自动消失就要受到制裁”。中堂说这是写给他的。由于这件事，经常驱使殡仪馆的木林、举止怪异的中堂的秘密终于曝光了。

坂本辞职后，UDI人手不足，所以中堂暂时加入美琴的团队作为支援。这一天，一个叫铃木巧的人委托UDI解剖他溺水而死的妻子。因为有人看到他妻子跳海，所以警方断定她是自杀，不过，铃木认为妻子不应该会自杀，故而专程从青森来到UDI求助。很快，美琴开始进行解剖，就在这时，殡仪馆的木林神色紧张地跑到UDI。原来，铃木带来的遗体是从火葬场偷走的。也就是说，主刀医生美琴犯下了损害遗体的重罪。美琴想知道铃木不惜偷盗遗体也要请UDI解剖的目的到底是什么。