1996년 1월 12일, 성난 주민들 사이를 뚫고 경찰의 호위를 받으며 사체 발굴 현장을 빠져나오는 한 남자가 있었다. 이름은 김가원, 한국 최초로 물리심리학 박사 학위를 받은 KAIST 교수이다. 그는 오랫동안 ‘개구리소년 실종 사건’을 추적해 들어갔던 인물이다. 그러나 범인으로 지목한 B씨의 집에서 사체가 나오지 않자 주민들이 ‘정신병자’ ‘사이비 박사’라는 욕설을 퍼부어댔던 것이다.
그 사건 이후 김가원 박사는 명예훼손으로 피소되어 벌금형을 받았고, KAIST 에 사표를 제출했으며, 한국심리학회에서도 제명당한다.
어렵게 지방대 강사 자리를 얻어 낙향을 한 그는 거기에서 선주라는 제자를 만나게 된다. 범죄심리학에 관심이 많았던 선주는 김박사에게 의도적으로 접근해 그 사건의 진실을 캐묻기 시작한다. 모든 것을 잊었다며 완강히 거부하던 김박사는 결국 어렵게 말문을 연다.

1993년 3월, 미국에서 박사과정을 밟고 있던 김가원은 한국 신문에 난 ‘개구리소년 실종 사건’ 기사를 우연히 접하게 된다. 사건 내용이 자신이 준비하던 연구논문과 매우 흡사해 관심을 갖게 되었지만 바쁜 유학 생활 때문에 이내 잊어버린다. 그리고 얼마 후 박사학위를 취득한 뒤 귀국해 KAIST 교수로 임용된다.
그러던 어느 날 김가원 교수는 개구리소년 실종 사건에서 드러나는 의혹들을 자신이 공부했던 심리학적 관점으로 분석하게 된다. 백주대낮에 다섯 아이가 사라졌는데 아무런 단서가 없다는 점이 이해되지 않았던 것. 자신이 비록 수사관은 아닐지라도 그 사건 해결에 도움이 될 수 있는데 침묵하고 있는 것은 옳지 않다고 생각한 것이다.
그는 사건 당일이 기초의회의원 선거일이었음에 1차적으로 주목한다. 선거를 방해하려는 소란행위를 목적으로 일어난 범행이라는 1차 가설을 세운다. 당시 선거결과가 1표차 당선, 연장자 우선원칙에 의한 당선 등으로 나왔기에 충분히 신빙성 있는 일이었다.
사건 현지에 내려가 치밀한 조사를 하던 김교수는 경찰 초동수사의 허점을 발견하고 더욱 사건에 빠져든다. 치밀한 조사를 위해서 직접 부모들을 만나기 위해 나선 그는 식당에서 성수 아버지인 B씨를 만나게 된다.
그런데 아이들의 행방을 찾겠다는 김교수에게 B씨는 경계심을 감추지 못하고 무언가를 감추려고까지 한다. 이런 과정에서 김교수는 2차 가설을 세운다. 범인은 실수 또는 우발적 사고를 은폐하려다 도덕적 경계선이 무너져 나머지 아이들까지 살해하게 되었을 거라는 점이다. 하지만 B씨의 아들만은 어딘가 생존해 있을 거라는 추리를 한다.
자신의 가설을 증명하기 위해 과학적 분석을 거듭하던 김교수는 경찰에서도 밝혀내지 못한 의혹을 풀어나간다. 실종 두 달 후 성수가 집에 전화를 걸었을 때 성수 어머니가 추적단추를 누르지 못한 이유, 실종된 아들과 두 달 만에 이루어진 전화통화가 연극대사를 하듯 차분한 점, 17초 동안의 침묵 끝에 말없이 수화기를 내려놓은 점, 국과수에 녹음테이프를 제출하면서 원본을 보내지 않았던 점 등을 추적해 들어가는 것.
그러다가 놀라운 사실을 알게 된다. 녹음이 가능한 전화기를 B씨가 서둘러 구입했고, 녹음 중간에 있던 어떤 대사를 의도적으로 삭제했던 사실을 밝혀낸 것이다. 더구나 실종 당일 B씨는 점심시간 무렵 공장에서 나와 다시 들어오지 않았다고 많은 이들이 증언했다. 그러나 그날 오후의 알리바이를 B씨는 대지 못하고, 공장에서 나온 일이 없다고 강력하게 주장한다.
결국 김교수는 B씨를 범인으로 지목하고 그의 집 화장실과 골방 근처에 사체가 묻혀 있을 거라고 주장한다. 사체가 이동되기 전에 그곳을 파보기로 결심한다. 그러나 사체는 나오지 않았고, 김교수는 모든 비난과 책임을 뒤집어쓴 채 낙향하게 된다.

그리고 2002년 9월, 실종 11년 만에 아이들의 유골이 발견된다. 발견 지점은 경찰 병력은 물론 김교수 일행도 수차례 수색에 나섰던 곳. 발견 전날 누군가 언론사로 두 차례 전화를 걸어 유골이 있는 지점을 정확하게 제보를 했는데, 바로 그 지점에서 발견된 것이다. 그런데 유골 일부에서 머리카락과 옷가지 등이 발견되지 않았다. 사체가 어딘가로부터 이동되었음을 말해주는 것이다. 유골이 발견됐다는 소식을 듣고 현지로 달려간 선주는 모든 상황이 김교수가 주장했던 것과 들어맞는다는 사실에 흥분한다. 하지만 김교수는 선주의 행동에 제동을 건다. 지금은 그럴 때가 아니라는 것. 진실이 곧 드러날 테니 기다려야 한다고 말한다.
사회에서 매장되는 희생을 감수하면서까지 사건 해결을 위해 매달려온 김교수. 그가 주장하는 사건의 진실은 무엇일까.