即将晋升为帝都大学物理学教授的汤川学（福山雅治 饰），是一位不折不扣的物理学怪才，其思维逻辑与推理能力异于常人。 一日，新人女警内海薰（柴崎幸 饰）接手了一宗离奇的人体自燃案件：深夜里，一名年仅19岁的街头青年在叫嚷过后突然自燃身亡。面对毫无头绪的超自然命案，内海薰在同事草薙俊平的引荐下，慕名找到了人称“怪人伽利略”的汤川学。起初汤川学不愿惹麻烦上身，但终究经不起内海薰的软磨硬泡，答应协助调查。经过严密的现场取证与缜密分析，汤川学凭借精深的物理学知识，揭开了罪犯利用控制反射激光实施杀人的犯罪手法，帮助警方顺利将真凶绳之以法。 时隔不久，内海薰又迎来了一起离奇的谋杀案。案中发现的小男孩忠广自称“灵魂出窍”，在半空中看到了嫌疑犯的汽车。若忠广所言属实，嫌疑犯的作案嫌疑便能得以洗脱，然而警方又怎能将“灵魂出窍”这般荒诞之说当成呈堂证供？难道年幼的忠广在说谎？带着重重疑问，内海薰再次找到了她的破案“明灯”——汤川学。汤川学亲自前往现场进行勘验证取，以科学实证证明了忠广的确看到了嫌疑犯的车辆。他不仅借此为嫌疑犯洗脱了不白之冤，更一语戳穿了所谓“灵魂出窍”的幻象，让案件真相大白于天下。 随着一桩桩凶险棘手的离奇案件不断发生，汤川学始终周旋在这些光怪陆离的迷局之中，运用科学的利刃劈开超自然的迷雾，一次次展现了理性与智慧的巨大力量。 该剧改编自东野圭吾的小说《侦探伽利略》及《预知梦》，以刑警与物理学家携手运用科学原理侦破各类看似超自然现象的案件为核心，在悬疑解谜的外衣下，深刻展现了科学实证精神与复杂人性的交织碰撞。