天才物理学家汤川学此次又受内海薰所托,调查一件不可思议的命案。受害人富樫慎二被发现死在河边,面目指纹尽毁。最大的嫌疑人是他的前妻花冈靖子,然而靖子却有着完美的不在场证明。一个人能够同一时间出现在不同地方吗?当汤川发现住在靖子隔壁的是当年的大学同学、同为天才的数学家石神哲哉时引起兴趣。
毕业后因要照顾父母没有留校反而去高中教数学、一直生活得很落魄的石神每晚利用公用电话教靖子如何应对警察追查,靖子渐渐感到被束缚,但是由于给出的口供毫无可疑之处,警察决定放弃对靖子的调查,这时汤川却指出石神是关键人物。
案件的真相如何?世界上真有一个人同时出现在两个地方的事情吗?。热爱绘画的19岁青年安冈邦彦(真田广之 饰)考入某大学的美术系,但他的人生却发生变故。母亲遽然离世,给了这个未经世事的青年莫大打击。在道顿堀川旁经营咖啡店的中年男子武内铁男(山崎努 饰)同情邦彦的遭遇,于是出资安葬了他的母亲,并将其留在店中帮工。铁男的儿子政夫(佐藤浩市 饰)痴迷桌球和赌博,父子俩为此关系紧张,于是铁男对拥有远大理想的邦彦视同己出,呵护备至,而政夫则在赌球的泥潭中越陷越深。
某日,邦彦在桥上写生时邂逅了风姿绰约的真知子(松坂庆子 饰),奇妙的因缘在这一刻悄悄展开……
本片根据宫本辉“河流三部曲”(《泥之河》、《萤之川》、《道顿堀川》)中的同名原著改编。。