西京市发生诡异案件，一个男人在水族馆的美人鱼表演中被溺亡。公安部门迅速出击，然而案发现场是一个无人可进出的密室，随着调查的深入，案情越发扑朔迷离。局长决定解除刑警队长兰野的停职状态，让这个刑侦天才负责案件侦破，但前提是，兰野必须通过心理医生许鹤子的心理评估。

兰野是一个破获过多起大案要案的优秀警察，但在半年前，他刚出生不久的女儿意外落水身亡，兰野与一个把孩子锁在车里差点导致孩子出意外的父亲发生冲突，导致暂时停职。对于心理评估，兰野心中不以为然，但许鹤子掌握着他的生杀大权，为了破案，兰野只得勉为其难接受许鹤子的评估。

通过心理评估之后，兰野成功复职，他靠自己的刑侦天赋破解了密室谜团，并调查得知，被害人赵大道多年来一直在家暴他的妻子，凶手作案的目的似乎意在惩罚赵大道。许鹤子对凶手进行心理画像，酒吧老板白木和他的女友阿离进入侦查视线。

兰野通过赵大道身穿的美人鱼服装查到凶手跟一个COSPLAY团体有关，然而正当他即将抓住狐狸尾巴的时候，凶手再次作案。这次的被害人被囚禁在冷库中，却不知道是哪座冷库。警方紧急动员进行全城地毯式搜查，无奈找到被害人的时候，她已经没有了生命迹象。兰野了解到，第二个被害人冰茶当年因疏忽照看，导致患有重病的母亲冻饿而死，由此兰野和许鹤子确定，凶手有着严重的心理问题。

警方调查得知，第二被害人冰茶失踪前，将她带走的人正是酒吧老板白木的女友阿离，而阿离正是COSPLAY团体的成员，于是阿离正式成为重大嫌疑人。但阿离被捕后，咬紧牙关一言不发。种种迹象表明，阿离没有能力独自完成杀害赵大道的密室，但兰野和许鹤子都清楚，阿离必然掌握着与案件有关的重大线索。

其实阿离带走冰茶，是因为白木突然对她提出了分手。阿离在白木的钱包中看到了冰茶的照片，又跟踪看到两人约会，认为是冰茶夺走了她的爱人。于是阿离带走冰茶与其谈判，然而双方谈崩，她并未想到冰茶走后会遇害。后来阿离在白木处找到了布置密室的工具，方才怀疑水族馆案和冷库案都是男友白木所为，她被捕后一言不发，是为了保护白木。

对阿离的审讯没有进展，兰野重回冷库案发现场复盘，却被人关在了冷库中。兰野凭借顽强的意志在冷库中求生，终于等到了许鹤子等人的救援，在生死一线中活了下来。后来警方调查此事，在冷库附近发现了白木汽车的车辙，白木终于浮出水面，然而此时白木已经畏罪潜逃。

不久后，网上爆出某幼儿园老师伤害孩子的新闻，兰野敏锐的察觉到这个白姓老师可能会成为白木的下一个目标。然而白老师不堪网暴躲了起来，警方无法找到她的下落，导致她在回老家的途中被白木掳走。

兰野带领一众警员一路追踪白老师的行动路线，终于在一座废弃教堂找到了即将被加害的白老师和行凶的白木。兰野告诉白木伤害孩子事件子虚乌有，是居心不良的网友恶意造谣，并播放辟谣视频。趁白木观看视频时 出其不意的擒住了白木，成功营救白老师。

然而白木被捕后，白木陷害兰野才是案件的幕后主使，他只是帮凶。众人本以为这是嫌疑人的困兽犹斗，可是后来在兰野的行车记录仪中找到了冷库案时他与白木会面的视频，精神鉴定专家被罪犯催眠控制出具了假证明证明兰野有人格分裂倾向，许鹤子开始对兰野产生怀疑。

此时兰野的妻子苏雯遭绑架，被警方救出后，苏雯证实绑架她的人正是兰野。案情越来越迷雾重重，兰野意识到两起凶案都是针对他的栽赃陷害，好在局长周北泰始终相信兰野，两人暗中定下计策，决定设法引出幕后黑手。

于是兰野将计就计住进了精神病院，果然发现栽赃他的人竟是院长宋是闻。为了拿到证据，兰野离开精神病院调查宋是闻，却发现种种线索表明，真正的幕后黑手不是宋是闻，而很可能是许鹤子。

原来，兰野少年时曾目睹两个孩子发生争执，男孩将女孩推入水中的悲剧。因为兰野的证词，男孩成为众矢之的。而许鹤子极有可能正是男孩的姐姐，想要向兰野复仇。

于是兰野与许鹤子当面对质，方才得知许鹤子也在调查当年的事情，而她已经查出了男孩姐姐的真实身份，并非许鹤子，而是兰野的妻子苏雯。兰野由此大受打击，他深爱苏雯，但仍要履行一个人民警察的职责。

兰野重新回到精神病院，终于引得苏雯亲自现身，这才知道真相比想象中更加复杂。当初苏雯接近兰野的确是为了复仇，却在朝夕相处中爱上了兰野。内心的挣扎导致苏雯分裂出了第二人格凯瑟琳，而整个阴谋全都是由凯瑟琳所策划。

真正的苏雯是善良的，所以她最终选择了与凯瑟琳同归于尽。案件尘埃落定，在凯瑟琳的教唆下动手行凶的白木也得到了应有的惩罚，烈日之下，再无迷宫。