경시청 형사인 구사나기는 수사가 미궁에 빠질 때마다 대학 동창인 데이도 대학 물리학과 교수 유가와를 찾는다. 일명 ‘탐정 갈릴레오’로 통하는 유가와는, 보통 사람들의 눈에는 불가사의한 초자연 현상으로 밖에는 비치치 않는 미스터리를 과학적 추리를 통해 하나씩 해결해 나간다.

1장 타오르다 조용한 주택가 골목길에 모여 잡담을 나누던 다섯 청년에게 느닷없이 불이 붙어 그 중 한 명이 사망한다. 화재 현장에서 타다 남은 석유통이 발견되는데, 현장을 목격한 주민들은 불길이 석유통이 아닌 숨진 청년의 머리에서 먼저 치솟았다고 증언한다. 경찰이 발화 원인을 찾는 가운데 언론에서는 이른바 ‘플라즈마 설’을 제기한다. 수사에 좀처럼 진전이 없자 경시청 형사 구사나기는 데이도 대학 동창인 천재 물리학자 유가와의 연구실을 찾아가 도움을 청한다. 유가와와 함께 사건 현장을 찾은 구사나기는 사건 당일에도 우연히 만난 적이 있는 어린 소녀와 다시 마주친다. 소녀는 그날 “공중을 가로지르는 붉은 실을 보았다”고 말한다. 소녀의 말을 듣고 있던 유가와의 눈이 반짝인다.

2장 옮겨 붙다 구사나기 형사는 중학생인 조카딸의 초대로 학교 축제에 갔다가 전시회장에 걸려 있는 알루미늄 데스마스크를 보고 가슴이 울렁거릴 정도의 불안감을 느낀다. 마스크가 실제로 죽은 사람의 얼굴이 아니면 나올 수 없는 표정을 하고 있었기 때문이다. 조사 결과 데스마스크는 그 학교 남학생 두 명이 공원 호수에 낚시를 하러 갔다가 우연히 발견한 것이었다. 그리고 며칠 후 그 호수에서는 한 남자의 타살체가 발견된다.

3장 썩다 슈퍼마켓을 경영하는 중년 남자가 욕실에서 숨진 채 발견된다. 남자의 가슴에서 10센티미터 크기의 멍 자국이 발견되고 해부 결과 그 부분은 세포가 완전히 괴사한 상태로 밝혀진다. 그러나 그 외에 사인을 추정할 수 있는 어떤 단서도 발견되지 않아 타살인지 아닌지조차 가늠할 수 없는 상태로 사건은 미궁에 빠진다. 구사나기 형사는 다시 한 번 유가와의 도움을 청하고, 두 사람은 숨진 남자가 긴자에 있는 술집에서 호스티스로 아르바이트 하는 한 여성과 가깝게 지냈다는 사실을 알아낸다. 수사 결과 남자는 그녀에게 거액을 돈을 빌려주고 그것을 미끼로 동거를 강요해 왔던 것으로 밝혀진다. 그러나 사인은 여전히 오리무중인 가운데 유가와는 그녀가 낮 시간에 근무하는 공장을 찾아가는데…….

4장 폭발하다 바닷가에서 갑자기 원인을 알 수 없는 불기둥이 솟아올라 수영을 하던 데이도 대학 여직원이 숨진다. 경찰이 수사를 벌이던 중 역시 데이도 대학 출신의 회사원 한 사람이 또 자신의 집에서 변사체로 발견된다. 구사나기 형사는 살해된 남자의 집을 조사하던 중 대학 여직원이 숨진 그 바닷가 카페의 영수증을 발견하면서 두 사건의 관련성을 의심하게 된다. 여자의 목숨을 앗아간 불기둥의 정체는? 그리고 두 사건은 과연 어떤 관계가 있을까.

5장 이탈하다 한 독신자 임대 아파트에서 젊은 여성이 목이 졸려 숨진 채로 발견된다. 구사나기 형사는 현장에서 보험 회사 영업 사원의 명함을 발견하고 그를 용의자로 지목한다. 영업 사원은 사건이 발생한 시각에 다른 곳에 있었음을 주장하지만 알리바이를 증명하지 못해 그에 대한 의심이 커져만 간다. 그러던 중 경찰은 어느 날 날아든 한 통의 편지로 인해 혼란에 빠져든다. 편지를 보낸 사람의 아들이 용의자의 주장대로 사건 당일 다른 곳에 세워둔 그의 차량을 목격했다는 내용이었다. 그런데 문제는 유체이탈 상태에서 자동차를 보았다는 것이다. 구사나기는 고민 끝에 유가와를 찾아간다.