第一章・燃える（もえる） 「花屋通り」と呼ばれる人通りの少ない通りで、局所的な火災が発生し、たむろしていた若者が焼死した。焼け跡から変形したポリタンクが見つかったこと、また、周辺にガソリンの臭いが充満していたことから、何らかの弾みでポリタンクに火がついたとして捜査が始まるが、同じ現場に居合わせて怪我を負った連中が、被害者の後頭部から突然火が上がったと証言するなど、火災が発生した原因については手がかりがつかめない。 マスコミの唱えだしたプラズマ説を検証するため、草薙は大学時代の友人、湯川の元を訪ねる。現場を再び訪れると、一人の少女に出会う。その子は事件当日、「赤い糸が見えて、それを探していた」と話していた。その言葉に興味を持った湯川は、ある工場に目をつける。

第一章・夢想る（ゆめみる） 世田谷にあるとある屋敷に深夜、男が侵入。異変を感じたこの家の母親が猟銃を発砲した。男はその場から逃げたがその際、死亡ひき逃げ事故を起こし、警察に逮捕される。取調べで男は犯行を認めたのだが、屋敷に侵入した理由について「この家に住む女性"モリサキレミ"と17年前から結ばれる運命にあった」と供述したのだ。そして、この言葉を裏付けるように、小学校時代の文集などにはどれもこの女性の名前が書かれていた。しかも、17年前には女性本人が生まれていなく、男とこの家には接点がなかった。これは「予知夢」なのか、偶然の一致か。それとも…。草薙は半ば縋るように湯川の元を訪ね、湯川も当日、男が受け取ったとされる招待状に興味を示し、捜査に協力する。容疑者の家を訪ねた湯川はある絵を発見する。そして、この事件の裏にある因縁を推理していく。

花岡靖子は娘・美里とアパートに二人で暮らしていた。そのアパートへ靖子の元夫、富樫慎二が彼女の居所を突き止め訪ねてきた。どこに引っ越しても疫病神のように現れ、暴力を振るう富樫を靖子と美里は大喧嘩の末、殺してしまう。今後の成り行きを想像し呆然とする母子に救いの手を差し伸べたのは、隣人の天才数学者・石神だった。彼は自らの論理的思考によって二人に指示を出す。 そして3月11日、旧江戸川で死体が発見される。警察は遺体を富樫と断定し、花岡母子のアリバイを聞いて目をつけるが、捜査が進むにつれ、あと1歩といったところでことごとくズレが生ずることに気づく。困り果てた草薙刑事は、友人の天才物理学者、湯川に相談を持ちかける。 すると、驚いたことに石神と湯川は大学時代の友人だった。湯川は当初傍観を通していたが、やがて石神が犯行に絡んでいることを知り、独自に解明に乗り出していく。

第一章・落下る（おちる） マンションから一人の女性が転落死した。死体に鍋で殴られた痕跡があったことから他殺の可能性も浮上し、捜査一課が担当することになった。そこへ被害者の大学の先輩である岡崎光也が名乗り出て、営業のため被害者宅を訪れたと申し出る。彼はマンションを出た後しばらく近所に居て、そのあと被害者が転落する場面を目撃し、そのときピザ屋の店員にぶつかったというアリバイを主張する。新人女性刑事の薫は、女性用の下着が入った宅配便が玄関前にあったことなどを理由に岡崎が被害者と恋人関係にあると睨み岡崎に疑念を向けるが、離れた場所にいてどうやって被害者を転落させたのかはつかめないでいた。 そこで薫は草薙に頼み込んで、以前捜査協力をしていた湯川に協力を仰ぐことに。だが草薙から紹介状を受けた湯川には協力する意思はなく頑なに協力を拒むのだった。落胆した薫だったがトリックに関する自分の仮説を述べたことで湯川に「価値の無い実験は無い」という言葉を送られ、自分の説の検証に挑んでいく。

真柴綾音と真柴義孝夫妻は子供ができないことを理由に離婚することが決まっていた。その時綾音の胸中には義孝へのある宣告が下されていた。 数日後、綾音が主催するパッチワーク教室の講師である若山宏美が自宅で死んでいる義孝を発見する。死因は毒殺。彼が飲んでいたコーヒーに、猛毒である亜ヒ酸が混入されていた。そして捜査に当たった草薙は一目見た綾音に惹かれてしまう。一方薫は些細な事から綾音の犯行ではないかと疑念を抱くが、その考えを巡り草薙と対立してしまう。そして綾音には犯行当日まで北海道の実家に帰省していたアリバイがあり、毒物の混入経路も依然として不明のままだった。 綾音が離れた場所から義孝を毒殺したトリックを暴くため薫は湯川に再び協力を依頼する。湯川も捜査に協力するが、綾音に肩入れする草薙には疎まれてしまう。更に自身が立てた仮説も決め手にならず、トリックの解明に苦戦を強いられる。だが調査を進める内に湯川は一つの答えを導き出し、薫にある指示を命ずる。指示を行った薫からの回答を聞いた湯川は驚愕する。 湯川が出した答え。それは『虚数解』、理論上はあり得ても、現実にはありえないという実に奇妙な答えだった。そして湯川をしてありえないと言わしめた綾音が行ったガリレオ史上、最も理解を超えたトリックによって行われた完全犯罪の全容が明かされる。

夏休みのある日から両親の都合で一人、親戚が経営する旅館で過ごすことになった小学5年生の少年恭平は、玻璃ヶ浦へ向かう電車の中で湯川に出会う。湯川は海底鉱物資源開発の説明会にアドバイザーとして出席するために玻璃ヶ浦へ行くことになっており、湯川のある種の気まぐれから恭平の親戚の旅館に宿泊することにする。そんな中、同じ旅館に泊まっていた客の塚原正次がその夜中に姿を消し、翌朝海辺で変死体となって発見される。県警は現場検証を行い、堤防から誤って転落した事故死の線が濃厚であると判断していた。 同じころ、草薙は多々良管理官から直々に特命の捜査を依頼される。玻璃ヶ浦の事件の被害者の塚原は元警視庁捜査一課所属の刑事で、その死に疑問を抱く多々良は、同じ旅館に湯川が泊まっていることを知り、草薙を連絡係にして独自の捜査を命じたのだった。草薙は内海とともに、湯川とコンタクトを取りながら捜査を行う。捜査を進めるうち、塚原は殺害された後に、海岸に遺棄された可能性が高くなってゆく。 はたして塚原は、何のために玻璃ヶ浦に来たのか。事件に遭遇した湯川は「ある人物の人生が捻じ曲げられる」ことを防ぐために、真相に挑んでいく。鍵を握るのは、16年前に塚原が担当した元ホステス殺人事件。そして、その裏には緑岩荘を営む川畑家が隠していたある重大な秘密があった。

第一章・幻惑す（まどわす） 週刊誌の取材を受けていた宗教法人「クアイの会」の本部のビルで、第五部長の役職の男が五階の窓から転落死した。一見すると教祖の連崎至光に資金の横領を問い詰められた第五部長が自ら飛び降りたように見えた事件だったが、連崎はそれは自分が念を送ったことが原因だと主張し、警察に出頭してきた。草薙は連崎の対応に困った所轄の依頼で事件を担当するが、週刊誌が「クアイの会」とグルになっていた可能性は無く、草薙から話を聞いた湯川も「物理学とは関係なさそうだ」と取り合わず、事件は自殺として片づけられることに決まりかける。草薙が次第に釈然としない思いを抱える一方で、「クアイの会」は週刊誌の記事で高い注目を浴びていった。その影響力によって自分達の周りに波風が立ち、その状況を見過ごせなくなった湯川と草薙は再び事件に着手、湯川は連崎と対峙することで念の全容の解明に乗り出していく。

第一章・透視す（みとおす） 草薙に連れられ彼の行きつけの銀座のクラブ「ハープ」に通った湯川は、そこでホステスのアイの接客を受ける。アイは湯川に出させた名刺を見ることなく湯川の名字を言い当てる透視の芸を披露、一度はコートの裏側の刺繍を見たと推理して納得した湯川だったが、帰り際にアイが自分の名前や職業まで言い当てたため驚愕する。 それから4か月後、アイこと相本美香が殺害された。草薙達は顔見知りによる犯行として捜査にあたるが、美香は死者への同情を抜きにしても誰からも慕われる女性であり、トラブルといえば遠隔地に住む継母と確執があったことくらいだったので、彼女を殺す動機のある人物の特定に難航してしまう。やがて草薙達は美香の足の指の間に付着していた煙草の葉っぱを手掛かりに犯人を突き止め逮捕した。例の透視によって美香に横領を見抜かれたことが動機だったが、その透視のからくりが判らず、行き詰った草薙は湯川に相談する。草薙から経緯を聞いていた湯川は透視の謎と、美香の抱える一つの問題に光を当てていく。

仮装パレードで有名な東京都郊外の菊野市。 3年前突如行方不明になった１９歳の若い女性の遺体が遠く離れた静岡県のゴミ屋敷から発見された。 亡くなった女性の名前は並木沙織。両親は菊野市で居酒屋「なみきや」を営んでおり、アイドルのような容姿で歌が上手く、高校卒業後は歌手を目指していたという。 並木沙織殺害の容疑者に上がったのは、ゴミ屋敷の持ち主である蓮沼寛一。 蓮沼は２３年前に草薙が担当した事件の容疑者であり、黙秘を続けたことで不起訴になっていた。 再び容疑者に上がった蓮沼を担当することになった草薙。しかし、あの時と同じく黙秘を続けるため、並木沙織の家族、そして家族同然に過ごしていた「なみきや」の常連や歌の先生はいら立ちが募る。 しかし、蓮沼は殺された。菊野市で行われる仮装パレードの最中であった。 蓮沼を恨んでいたのは、並木沙織の関係者。だが彼らにはアリバイがある。 菊野市の研究所に通ってた湯川も交えて、捜査が進んでいく。