법의학 전문 형사 링컨 라임(덴젤 워싱턴 분)은 최고의 범죄학자. 수많은 베스트셀러를 남긴 작가이기도 한 라임의 범죄 실마리에 대한 날카로운 통찰력과 직감은 그를 전설적인 인물로 만들었다. 한편, 영리하지만 공격적인 여자 경관 아멜리아 도나위(안젤리나 졸리 분)는 가슴 속에 풀리지 않는 상처를 가지고 있는 나이보다 조숙한 여자.

도나위는 내근직으로 자리를 옮기기로 결정된 전날, 마지막 호출을 받는다. 장소는 인적이 없는 후미진 기차길. 그곳에서 그녀는 사지가 절단되어 손만 남기고 흙 속에 묻혀 있는 시체와 맞닥 뜨리게 된다. 선로위에 범인이 남긴 암호들, 그때 달려오는 기차, 도나위는 숨가쁘게 달려오는 기차를 세우는데. 라임의 동료 형사는 이 사건을 대단치 않은 사건으로 결정짓지만 라임은 현장에 남겨진 증거들로 연쇄살인을 예고하는 범죄임을 느낀다. 또 라임은 그 사건 현장을 놀랍도록 잘 보존한 도나위경관 역시 범죄 현장에 남겨진 단서들에게서 숨겨진 메시지를 보았다는 것을 느끼고 그녀를 파트너로 지목한다.

치밀한 계산으로 라임은 살인자가 남긴 단서를 풀어 납치된 여인을 찾는데는 성공하지만 살인자는 엽기적인 방법으로 그녀를 죽이고 현장에 다른 단서를 남겨 놓는다. 라임과 도나위는 또다른 살인을 막기위해 시간을 다투어 범행현장을 쫓아다닌다. 그러나 라임과 도나위를 비웃듯 해결할 수 없는 난해한 실마리만 남기며 살인은 계속되는데.