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警視庁捜査一課の佐野省吾（佐々木蔵之介）は、捜査のためなら手段を選ばない刑事。ある日、地下駐車場で、喉に4本のナイフが刺さった脳神経外科医の変死体が発見される。佐野はバディの羽住杏奈（恒松祐里）、そして科警研から出向中の研究者・神崎透流（中川大志）とともに捜査に乗り出す。しかし、第2の犠牲者が出たことで事態は急転。被害者の周辺や現場の痕跡をたどる中で、捜査線上に謎の研究所の存在が浮かび上がる。

被疑者として浮上したのは、佐野の元妻・薫（坂井真紀）だった。死体遺棄の犯行を捉えたドライブレコーダー映像を突き付けられ、言葉を失う佐野。薫はその後自殺しており、被疑者死亡により捜査本部は解散となる。離婚を切り出された3年前から薫と連絡を取っていなかった佐野は、薫の無実を信じ、真相を明らかにするため捜査を続けることを決意する。一方、神崎と杏奈は「ALIUS　Lab」なる研究施設にたどり着くが……。

神崎が「ALIUS」に関する思いがけない仮説にたどり着いた一方、第3の殺人事件が起きる。被害者は投資ファンドの社長で、喉に2本のナイフを刺されていた。「犯行時の記憶がない」と語る容疑者。さらに事実と異なる不自然な報道や警察上層部の不可解な動きに、佐野は疑念を深める。佐野と神崎たちは被害者3人の接点である研究所に向かうが……。行き詰まる捜査の突破口となったのは、佐野が手に入れた動画ファイルだった。

行動をともにしてきた杏奈が、実は公安の潜入捜査員であったことが発覚する。佐野に問い詰められた杏奈は、自らの真の目的を語り出す。それは「ALIUS」を巡る、想像をはるかに超えた警察捜査の実態を浮き彫りにするものだった。驚きのあまり言葉を失う佐野と神崎。しかし、連続殺人事件の犯人やその真意については依然として謎のまま。佐野は神崎の言葉に背中を押され、再び事件の真相を明らかにすべく立ち上がる。

神崎本人さえ知らなかった衝撃の事実が明らかになった。それでも神崎を信じ、引き続き行動をともにすることを決意した佐野は、薫が残したメッセージに従って、とある施設へ。そこで待っていた間宮（山中崇）や芦田（花王おさむ）の証言から、「ALIUS　LAB」の真の目的や、薫が佐野の元を去った理由が明らかになる。やがて犯人の正体にたどり着いた佐野と神崎。しかし犯人の銃口は、すでにターゲットの背後に迫っていた。

連続殺人事件の真犯人・榊颯真（猪塚健太）の目的は、「ALIUS」の軍事利用をもくろむ「マリオネット計画」の首謀者・鏑木（大河内浩）の暗殺だった。最後の殺人を阻止するため、鏑木の講演会場へ急行した佐野と神崎は、ついに復讐の銃口を向ける榊と対峙する。そこで語られたのは、国家の壮大な野望に翻弄された、榊の悲しき過去だった。亡き妻・薫の想いを受け継ぎ、悲劇の連鎖を止めるべく、佐野は必死の説得を試みるが…。