湯川学（福山雅治）は、帝都大学理工学部物理学科の准教授。容姿端麗、頭脳明晰、スポーツ万能な湯川は、女子学生からは圧倒的な人気を得ているが、学問以外のことにほとんど興味を示さないため、“変人ガリレオ”とも呼ばれていた。
そんな湯川のもとを訪れた貝塚北署の刑事・内海薫（柴咲コウ）は、帝都大の出身で、昨年入庁したばかりの新人刑事・岸谷美砂（吉高由里子）を紹介する。湯川とは大学の同期でもある警視庁の刑事・草薙俊平（北村一輝）の指示だった。
続けて薫は、蒲田の雑居ビルで起きたある事件のことを話し始めた。それは、5年ほど前にできた新興宗教団体『クアイの会』の信者が、教団の支部になっていた雑居ビルの5階から転落死した事件だったが、転落死の原因は、クアイの会の教祖・連崎至光（大沢たかお）がその信者に念を送ったせいだというのだ。薫は、事件当夜、取材に訪れていた雑誌社のカメラマンが撮影した転落までの連写写真を湯川に見せながら、連崎が信者に指一本触れていないこと、亡くなった信者の眼球が白濁していたことを告げる。連崎がこれまでも送念と呼ばれる行為を行っていたと知った湯川は、再現性の高い現象は必ず科学的に実証できる、と強い興味を示す。
プライドが高く自信家の美砂は、事件の背景などには一切興味を示さない湯川に戸惑いながらも、彼とともにクアイの会の本拠地に訪れるが…。