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不自然死究明研究所（通称UDIラボ）で働く法医解剖医の三澄ミコトは先輩法医解剖医・中堂系（井浦新）や気の合う臨床検査技師・東海林夕子（市川実日子）、アルバイト記録員・久部六郎（窪田正孝）たちと一緒に、日々遺体の解剖検査を行っていた。

ある時虚血性心疾患と診断されて突然死した男性・高野島渡の親が本当の死因を調べてほしいとUDIラボを訪ねてきたことをきっかけに、高野島の死因を調べることに。

そして実際の死因は毒物の可能性があり、同時期に高野島の恋人・馬場路子（山口紗弥加）が毒物の研究所勤めだとわかったことによって毒殺ではないかと考えられた。

しかし検出されたのは馬場の研究所で扱う毒物とは異なるもので、高野島が生前サウジアラビアに出張していた際に流行していたマーズ・コロナウイルスだと判明、高野島は日本に危険ウイルスを持ち込んだ人物と報道されてしまう。

高野島の死因は何だったのか…帰国した馬場は感染していないこと、高野島が帰国後利用した病院で多数の死者が出ていることから、実際にはサウジアラビアで感染したのではなくウイルス研究をしていた病院内での感染だと判明する。

UDIラボに練炭による集団自殺を図ったとされる4人の遺体解剖依頼がきた。

はじめこそ一家心中かと思われたが自殺サイトで集まった4人だと判明したが、そのうちある若い女性については身元不明のままだった。

練炭による一家心中事件の生き残りで研究論文も発表していた過去を持つ三澄ミコト（石原さとみ）は、現場に残った練炭が少ないことに気づいて警察が来る前に何者かが女性の遺体を運び込んだものと予想する。

胃の内容物から女性が温泉地で死亡したものと目星をつけたミコトは六郎（窪田正孝）を連れて調べに向かった先で不自然に停まっている冷凍車を発見、さらには証拠の数々が見つかるが、冷凍車は犯人のもので2人は閉じ込められてしまう。

中堂系（井浦新）の助けで2人は事なきを得ると同時に、犯人は自殺サイトで女性を装い自殺願望のある女性に接近しては犯行に及んでいた運送会社の男だと判明。

そして、六郎がUDIラボで得たネタを週刊ジャーナリスト・末次（池田鉄洋）と繋がっているようで…

人気主婦ブロガー刺殺事件の容疑者として疑われている夫・桜小路（温水洋一）の代理証人として法廷に立つことを所長・神倉（松重豊）から依頼されたミコト（石原さとみ）だったが、検事・烏田（吹越満）に「余計なことはいうな」と釘を刺される。

しかし法廷に立ったミコトは傷口と凶器の不一致について指摘、証言の撤回を求める始末だった。

殺害された主婦は左利きだったのに、傷口は右利き用の刃物によるものだったと判明、さらに凶器として提出された包丁はセラミック製なのに傷口からはステンレス成分が検出された。

ミコトはUDIラボの中でも対立関係にあった中堂に協力を頼み、法廷に立った中堂の証言によって本当の凶器はステンレス製の包丁だと判明し、真犯人は京都で小料理屋を経営する被害者の弟だった。

これにより桜小路の無罪が証明された。

弁護士の母・三澄夏代（薬師丸ひろ子）からバイク事故で死亡した佐野（坪倉由幸）の死因を調べてほしいと依頼を受ける。

今回の交通事故が直接的な死因と思われたが、解剖してみると死亡原因はくも膜下出血と外傷性椎骨動脈解離だと判明した。

実は佐野は一ヶ月前に勤務先から無理な長時間労働を強いられ、寝不足で転倒事故を起こしており、その時の傷がくも膜下出血等に繋がったと判明した。

会社側は労働監督責任を問われて社長が訴えられる形で収束したが、その日の夜ミコトは無断で死体の検案に向かう中堂を見ていた。

中堂は8年前に突然の死を遂げた恋人の解剖に立ち会った過去があり、その際口の中に「赤い金魚の印」が見つかったことから連続殺人だと予想し、真相を確かめるためUDIラボで死体解剖を続けていることを所長から教わるミコト。

中堂は殺人容疑で逮捕された過去があったが、真相は恋人を最後まで解剖したことで証拠隠滅を図ったのではないと疑われ、結局証拠不十分で不起訴となっていたのだった。

ある日鈴木巧（泉澤祐希）と名乗る男性が、妻の解剖依頼をしにUDIラボを訪れた。

妻は警察から海での飛び降り自殺と判断されたことに、自殺するはずがないと思った鈴木は真相を知るべくUDIに依頼したのだった。

しかし、解剖の途中で遺体が盗まれたものだと判明したことで解剖は中止となっり、さらに鈴木は入籍を実際にはしておらず恋人関係にあったこと、恋人の両親によって火葬される前に盗み出していたことが判明。

結局遺体は両親によって回収されたが、中堂が一部勝手に取り除いていた臓器から現場の海水を調べると矛盾点が見つかった他、飛び降りを見ていた目撃情報にも相違があること、そして鈴木がプレゼントしたネックレスがなくなっていることが明らかになった。

事件は被害女性を妬んだ同僚の女性が自殺を偽装したものだった。

この一連の事件の詳細を六郎（窪田正孝）は週刊ジャーナリスト・康介（池田鉄洋）に渡していた。

ミコト（石原さとみ）のもとに東海林（市川実日子）から電話が入る。

東海林が通うジムの仲間同士での飲み会後、見知らぬホテルで目覚めるとすぐ隣にはジム仲間の権田原の死体があったとのことで、ミコトが調べるとその時UDIラボで解剖していた細川と同じ窒息死だと判明。

2人とも手首と耳の裏が赤くなっていたが、その原因は電流が流れるように改造されたバイタルセンサーによるものだった。

販売元は岩永が経営する会社で、岩永と権田原、細川は大学時代からの友人であり、もう一人大学時代からの友人・立花を加えた4人は、過去に仮想通貨詐欺事件で4億円を得ていた。

利益を独占しようと思った岩永が2人を殺害し、さらに立花までを殺そうとしていたが事件は無事解決し、東海林に掛けられていた容疑も晴れることとなった。

一方六郎は週刊ジャーナリスト・末次（池田鉄洋）の紹介でフリー記者・宍戸（北村有起哉）から事の発端となった仮想通貨詐欺についての情報を得ていたが、その対価としてUDIに送られた怪文書について中堂がどう反応していたのか尋ねられるのだった。

ある時Sと名乗る少年からメールが届き、メールを開くとSがクラスメイトYを殺したとするライブ配信映像が映されていた。

「Yくんの死因は何でしょう？」「間違えたらもう人の生徒Xも殺す」脅されたミコト。Sと名乗る少年は翠川高校の学生だと判明したことから、現場に向かうのだった。

東海林（市川実日子）や六郎（窪田正孝）が備品倉庫のマットを調べたところ大量の血痕が発見され、さらにSから与えられたヒントによって少年Yから刺し傷以外に殴られた痕が見つかり、日常的に暴行を受けていたことが判明。

刺し傷の凶器は少年Y及びSをいじめていた、小池という少年が所持していたナイフだとわかる。

真相は小池を犯人に仕立てた上での自殺を図ったものだが、小池にはその時間はアリバイがあることを知ったSが、自分が殺したことにしてライブ配信をすればいじめの事実を周知出来ると考えての計画だった。

これらを踏まえてミコトが出した結論は「法医学的には自殺だけど、私はいじめという殺人だと思う」というもので、最後は自殺を考えていたSも思い留まり事件は解決に至る。

事件の翌日、中堂（井浦新）はミコトに8年前に死んだ恋人の口内の写真を見せて協力を頼む。写真には赤い金魚のような印があった。

UDIラボに火災による焼死体10体が運び込まれ、解剖をすすめる9番目の死体以外は身元が判明する。

9番目の死体のみ身元不明だったが、火災の被害者で生存している人物いることがわかり、警察が生存者の入院している病院に協力を要請した。

調べていくと9番目の死体は町だという前科者で、火災に際して動けなくなった生存者をロープで自らの背中に縛って救出していたことが明らかになる。

疎遠だった町田の両親が死に際に息子が人助けをしていたことを知って息子を誇れるようになった様子を六郎（窪田正孝）は見ていた。

UDIラボが病院に協力を要請した際、六郎はその病院の教授だった父・俊哉（伊武雅刀）から「医大を休学していないでさっさと復学しろ」「UDIをクビにしてほしい」と言われていたが、町田の件を見ていたことで今後もUDIで働く決意を固め、同時に週刊ジャーナルに協力しないことを伝える。

一方、恋人の死と連続殺人を追う中堂（井浦新）は、恋人が絵本作家だったこと、スクラップ置き場で大量のニコチンが投与されて死んでいたことをミコトに打ち明けるのだった。

新たに赤い金魚の印が口内についた女性の遺体が見つかり、中堂（井浦新）が執刀を名乗り出るが、それを制してミコト（石原さとみ）が解剖を担当することに。

赤い金魚の印が認められる遺体は4件目で、1件目は中堂の恋人でニコチン中毒、2件目は自殺、3件目は熱中症、そして今回はボツリヌス菌による食中毒の疑いがあったが、いずれも関連性がないため警察は単独事件として捜査を行う。

遺体の死因は食中毒に思われたが実際にはホルマリン水溶液を投与されたことが直接の死因で、ボツリヌス菌は死後胃の中で繁殖していたことがわかる。

一方、六郎（窪田正孝）は宍戸（北村有起哉）から過去の事件の記事を受け取っており、「撲殺＝beat」「ドリル＝drill」「ホルマリン＝Formalin」と書き込まれていたことから事件とアルファベットの関係性に気づく。

宍戸から受け取った封筒の中には「ピンクのカバ」の挿絵があり、それが自身の恋人で絵本作家・糀谷夕希子（橋本真実）のものだと気付いた中堂は、六郎から宍戸の連絡先を聞き、電話口で火災の生存者・高瀬（尾上寛之）が犯人だと知る。

中堂が高瀬が経営する不動産屋に向かった時には証拠は燃やされており、高瀬本人は殺されそうだからと保護を求めて出頭していた。

宍戸（北村有起哉）は事件を追う中で高瀬（尾上寛之）がアルファベットになぞらえて連続殺人を行っていることに気づいていたが、自身の儲けのために記事を書き、のちには高瀬について書いた小説を出版する。

最後の殺人についても六郎（窪田正孝）から得たボツリヌス菌の情報を高瀬に与えるなど、高瀬の殺人を幇助していた。

しかし、死体遺棄については認めるものの殺人についてはあくまで否認する高瀬だった。

一方、高瀬が不審な証言をしたことに気づいたミコト（石原さとみ）によって六郎が内通者だと判明、UDIを追われることになる。

事件は中堂（井浦新）の恋人・糀谷夕希子（橋本真実）の遺体が土葬されて残っており、検査によって高瀬のDNAが見つかったことから高瀬の自供を引き出し、解決に至る。

怪文書の送り主だった夕希子の父が謝罪したことで中堂と無事和解、六郎も本格的に法医学を学ぶべくUDIに戻り、中堂の復讐劇は幕を閉じた。