陶小挺（吴倩 饰）和陶小笛（吴倩 饰）虽然并非双胞胎，但却有着几乎一模一样的外表。长大之后，姐妹两人共同来到大城市打拼。踏实肯干的陶小挺一直坚信，人生的道路必须依靠自己的双手一点一点的发掘出来，因此格外努力的学习经营。而陶小笛却认为，这是一个看脸的世界，长得好看的人一定会有更好的人生。因此，陶小笛走上了整容医美的不归路。
正准备获得帝都大学的物理学教授的汤川学（福山雅治 饰）是一名不折不扣的物理学怪才，思维异于常人。这日，女警内海薰（柴崎幸 饰）接手了一单离奇的人体自燃案件，毫无头绪却又急于破案的她在同事草薙俊平的介绍下，找到了汤川学。汤川学本来不想惹麻烦上身，后来经不起内海薰的纠缠，终于答应和她携手破案。在经过一系列取证后，汤川学运用他精深的物理学知识，终于揭破了罪犯的犯罪手法，帮助警方顺利破案。 一日，内海薰又接到了一起离奇的谋杀案子。小男孩忠广自称灵魂出窍看到了疑犯的汽车，若忠广所言属实，则疑犯的嫌疑能得以洗脱，然而警方又怎能将灵魂出窍当成证供？难道忠广在说谎？内海薰自然又找到了她的“明灯”——汤川学。汤川学经过现场取证，证明了忠广的确看到了疑犯的汽车，由此为疑犯洗脱了嫌疑，同时戳穿了所谓的“灵魂出窍”，最后真相大白。 凶险棘手的案件在不断发生，而汤川学也周旋在这离奇古怪的迷局里面，一次次展现了智慧的力量。
森永高中由互看不顺眼的“北校区文化生”和“南校区体育生”组成，两校区水火不容。这一年，学校考虑到双方学生的发展，将“文体”两校区合并。这条消息引起了学生们的极度不满。北校区赫赫有名的学习机器袁彩希、学神宁泽宇和南校区的“小霸王”李赫被分到了同一个班级。从此森永高中开启了“易燃易爆炸”的合班新纪元。从“对立”到“理解”少年们共同成长，联手为荣誉和梦想而战。
校园课外活动在合唱团小伙伴的努力下终于恢复，校董植念却又有了新的计谋，她一手促成了诸多社团为刷票陷入混战的局面。为了统一管理学生，她还发明了“智能手环”企图控制学生校园生活的方方面面…… 孩子们成长的烦恼也慢慢显现：周沫因自己女孩子般的嗓音和胖胖体型而自卑；高诗远无法定义自己对孙天圣莫名的情愫；格桑急需大笔奖学金，无奈转学光明中学；艾晓欣和三个不知名女子混迹在一起不愿意被其他小伙伴知道；一张没有名字的癌症化验单让大家感受到死亡的概念并且陷入恐惧……
