故事始于月球探测器的一个发现，因为偶然拍到了白色的影子，天真的大雄（大原惠美配音）就断定那肯定是月兔，谁知却因此遭到同学们乃至静香（加薮由美配音）的嘲笑。作为大雄贴心好奶妈的哆啦A梦（水田山葵配音）对此怎么能坐视不理呢？于是他拿出秘密道具“异说俱乐部徽章”，以守护“想象力”之名，帮助大雄在月球背面建立了理想的月兔王国。未过多久，神秘少年露卡（皆川纯子饰）转学来到大雄班里，并受邀进入了月兔王国。
只不过本该是大雄想象中的产物，似乎月球内真的隐藏着未知的文明以及难以预测的危机……
距离东京三百公里外的凤凰岛上，发生了一起人员被马匹踩踏而死的事件，谁知却让杉下右京（水谷丰饰）的老搭档神户尊（及川光博饰）找上门来。原来这座私人小岛正提供给有自卫队背景的某民兵组织作为训练基地，而该组织似乎涉嫌制造生化武器。神户受警察厅次长甲斐峰秋（石坂浩二饰）指派，命令杉下与搭档甲斐享（成宫宽贵饰）以调查命案的名义前往凤凰岛，暗中侦查生化武器的证据。特命系二人组在民兵组织负责人神室司（伊原刚志饰）的引导下来到事故现场，而杉下则察觉到这起意外背后似乎有着某种人为的因素存在。
当他和随后赶来的伊丹（川原和久饰）等人渐渐逼近事实真相时，心怀鬼胎的政要突然命令自卫队对他们采取行动……
某日，已是一名股票交易员的榊信一（贺来贤人饰）与青梅竹马的前女友山口澄乃（莲佛美沙子饰）和学生时代一起做志愿者活动的旧友们再次相遇。如今过着奢华生活的榊羡煞旁人，但不为人所知的是，此时的他正处在极为艰难的人生交叉路口。实际上，榊已身患重病且时日无多，因此他暗自下定决心要释放出内心的“杀人冲动”。
次日，一位名叫冈本真纪的年轻女子的尸体被人发现。警视厅搜查一课刑警苍井凌（吉田钢太郎饰）和片区刑警矢部知树（中尾明庆饰）共同展开了搜查。苍井3年前旧病复发却一直没有对外公开，忍受着病痛的他仍旧坚持查案。然而，苍井的病情很快就发生了恶化，到了危及生命的地步。面临死神威胁的苍井，决心赌上性命也要揪出真凶。
另一方面，得知榊命不久矣的澄乃决定再次回到他的身边。澄乃的存在让榊感受到了温暖，但即便是他自己也无法遏制住内心这股难以名状的杀人冲动，于是他又开始了作案……
与此同时，又一位女性的遗体被人发现。通过监控录像追踪真纪生前行踪的苍井意外发现了一名带着墨镜的男子曾向真纪搭话。苍井从男子的行动中发现此人听力存在障碍。抓住了这一线索的苍井开始为收集目击证言而四处奔走。但就在这一过程中，他的身体承受不住而失去意识被送到了医院。得知父亲入院消息的苍井瑞希（山谷花纯饰）急忙赶往医院。然而她没有想到的是，榊也正在悄然接近她……
东帝大学医院本是国内大学医院中的泰山北斗，近年来却落入了不可告人的行为、医疗失误和派系斗争的泥潭中，评价一落千丈。而夺取新院长之位将强大权力据为己有，计划重新建立医院品牌形象的，不是别人，正是多年来对大门未知子（米仓凉子饰）怀恨在心的野心家蛭间重胜（西田敏行饰）。以“拯救眼前的生命”为己任的未知子被东帝大学医院雇用，深入蛭间重胜执掌的“敌阵”之中。她将面对的是有史以来最危险、最强大的敌人副院长久保东子（泉品子饰）
警视厅音乐队的雨野小梦（广濑爱丽丝饰），某天突然被派往“全领域异常解决室”，通称“全决”。来到外观像神社社务所一样的本部，见到了代理室长兴玉雅（藤原龙也饰）。据兴玉所说，“全决”是从大和朝廷时代开始就存在的世界最古老的搜查机关，是专门搜查超自然现象之类的“不可解事件”的内阁官房直辖机关。只有人的身体在某一天突然消失的“神隐”，像影子一样的黑色人形突然出现的“影子男”，特定的人陷入异常心理的“狐妖”等，两人组成搭档，挑战用现代科学常识无法考虑的异常现象。
看起来吊儿郎当的龙崎郁夫（生田斗真饰）是新宿第二警署破案率最高的王牌刑警，这一天令系出名门的搭档日比野美月（上野树里饰）大为光火。与此同时，盘踞在新宿的松江组若头段野龙哉（小栗旬饰）以生意人身份从事各种违法犯罪勾当，他总能在适当的时刻得到情报，逃脱警方一次次的搜捕。看起来分明行走在黑白两条道路上而没有任何交集的两人，竟然有着难以割舍的渊源。郁夫和小龙在少年时均在孤儿院长大，他们曾度过快乐无忧的童年，但是最最敬爱的结子老师（广末凉子饰）遇害给两人以沉痛打击。他们发誓一定要找出真正的凶手报仇，这对好兄弟以警察和黑道的身份，分头朝着最终的目标前进。
绵亘多年的复仇之战，无间双龙蓄势待发……
神南大学工学部建筑系副教授犀川创平（绫野刚饰）及该专业三年级学生西之园萌绘（武井咲饰）近期正在撰写关于“最接近神的人类”——天才少女真贺田四季（早见明里饰）的报告。在此期间，二人经土木工程系副教授喜多北斗（小泽征悦饰）的介绍前往极地环境研究中心参观，谁知却目击了经过缜密计划的密室杀人事件。萌绘无视犀川教授的漠然，极其热情地展开推理和调查，更将自己置身于莫大的危险之中。最终在犀川教授的介入下，真相浮出水面。以此为契机，师生二人又接连卷入各种各样的密室杀人案中，他们将凭借现场的蛛丝马迹找出真正的凶手…… 本片根据森博嗣的小说改编。