警察庁内に「科学犯罪対策室」という新たな部署が誕生した。この部署を設立し、室長となったのは警視正の小比類巻（ディーン・フジオカ）。私生活では５年前に妻の亜美（本仮屋ユイカ）を亡くした後、シングルファザーとして娘の星来（鈴木凜子）を育てている。
頭脳明晰で、科学への造詣が深い小比類巻が、メンバーに指名したのは、なぜか科学に疎い、元捜査一課のベテラン刑事の警部・長谷部（ユースケ・サンタマリア）。自分が呼ばれた理由に釈然としない長谷部だったが、小比類巻は「私が必要だと思ったからです」と言うだけで、意に介さない小比類巻。そんな中「最初の事件」が発生する。
科学犯罪対策室が扱う最初の案件は、最先端のロボット開発を手掛ける神楽テクノロジーのCEO・安井が遺体で発見された事件。安井は、社内でロボットの動作確認を行うシミュレーションルームという密閉された空間で、意図的に「呼吸困難」にさせられ、殺害されていた。
小比類巻は長谷部とともに、被疑者を訪ねる。その被疑者とはAIロボットのLEO。神楽テクノロジーで開発された、最先端のAIを搭載した介護用ロボット。ロボット開発チームのチーフ郷原（内田理央）はLEOの犯行はあり得ないと全否定する。しかし、LEOが皆の目の前で「安井CEOは私が殺しました」と犯行を自供してしまう。前代未聞の「ロボットによる自供」。人間に危害を加えられないはずのロボットが自らの意志で殺人をすることはあり得るのか！？
事件解決の為、小比類巻はあらゆる分野の科学に精通する若き天才科学者・最上（岸井ゆきの）に捜査協力を依頼する。最上は３年前に突然科学界から姿を消し、現在は人里離れた掘っ立て小屋に暮らしながらウナギの養殖場で働いていた。はじめは興味が無いと拒否する最上だったが…。
小比類巻は、被疑者として正式にLEOの出頭を要請。前代未聞のAIロボットにへの取調べが行われることになるが…。しかし、そこに現れた最上が、ある「とんでもない行動」に出る——— 。
“想像できる未来は、全て現実となる”
最新科学が生みだした怪事件の数々が、ついに幕を開ける！
以下 ネタバレを含みます
LEOの取調べが始まる直前、科学犯罪対策室に最上が現れた。小比類巻は、最上にLEOの取調べを任せることに。AIロボットvs天才科学者の直接対決が始まる！
LEOは、実は安井の死亡推定時刻にはバックアップのためのスリープ状態で、再起動した時には、すでに安井が死んでいたと証言する。介護ロボットとして、所有者である安井を守れなかったということは、自分が殺したも同然だという言い分だった。
最上はLEOにUSBメモリを差し込み、ウイルスを転送し始める。100％ウイルスが転送されれば、LEOは初期化されて“死ぬ”というのだ。最上はLEOの前に銃を置き「あなたの助かる方法は一つだけ。その銃で私を撃って、パソコンを奪ってストップボタンを押すこと」と告げる。
LEOは自分が生き残るために人間を殺そうとするのか？最上は科学者としての探求心から、自らの命を懸けた危険な賭けに挑んだ。LEOの指がかすかに動いたその時、長谷部と郷原が取調室に駆け込んで止める。取調べ中のLEOのデータを解析すると、LEOが自分のプログラムに逆らって、自ら意志を持った行動をしようと葛藤していた可能性が高まる。神楽テクノロジーの創業者でAI研究の第一人者だった神楽（村上新悟）が3年前に病死した後に、CEOに就任したのが殺された安井だった。安井は会社を海外企業に売却する話を進めていた人物。社員の中には、安井が推し進めた売却騒動による心労が原因で、神楽が病死したと考えている者も多く、その筆頭が神楽の一番弟子である郷原だった。警視庁捜査一課は、安井を恨む郷原による犯行と見て、科学犯罪対策室への応援要請を取り下げた。しかし、小比類巻は、事件の裏にはまだ暴かれていない謎があると考え、独自の捜査を続ける。
小比類巻は、厚労省に勤める後輩・三枝（佐藤隆太）を通じて、神楽の研究資料を手に入れる。神楽は生前、人間の脳を丸ごとコピーしてコンピューター上に再現する“全能エミュレーション”を研究していたことが分かる。
小比類巻は、神楽を守るために安井を殺したのではないかと郷原に迫る。LEOは、神楽の脳をコピーして再現したAIロボットだった。安井は、会社の売却と同時に、LEOを初期化しようとしていた。このままではLEO＝神楽が殺されてしまうと考えた郷原は、安井を殺害した。
追い詰められた郷原が、小比類巻と最上をシミュレーションルームに閉じ込めると、酸素濃度を低下させ、安井と同様に殺そうとする。LEOは人間のプログラミングを超えて判断し、小比類巻と最上を助ける。その後LEOは完全に機能を停止し、復元不可能な状態となる。LEOが本当に神楽自身だったのかを確かめる術は絶たれてしまう。郷原はLEOが神楽であると証明するために小比類巻たちを閉じ込めたのかもしれない。
郷原は、犯行を自供。警察は郷原をかばったAIロボットの罪を問うことができず、事件の詳細は隠蔽されることが、刑事局長の島崎（板尾創路）から告げられる。
東京で泊まる場所のない最上は、小比類巻の家に転がり込む。星来も、すっかり最上に懐いていた。最上は星来から、母親が病気でアメリカにいて、もう目を覚まさないかもしれないのだと聞かされる。
一方、小比類巻は書斎で、とあるライブ映像を見ていた。それは、アメリカで保管されている亜美の冷凍遺体。小比類巻は、科学の発展によって亜美を生き返らせる技術が完成されるのを待っているのか———！？