小松秋穗是一名急診醫師，她的未婚夫坂庭真實慘遭連續殺人犯「真夜中的解體魔」殺害。兇手每次殺死受害者後，都會花上一整夜分屍並取走部分遺體，手法十分殘忍。秋穗在經過深沉的喪失與悲痛後，終於重返醫療現場。

某日，一名因車禍重傷的美少年石田涼介被送至醫院，秋穗為他進行手術並成功挽救性命。術後，警視廳刑警美濃部與深川署警署的倉敷現身，指出涼介正是「真夜中的解體魔」的嫌疑人。美濃部是一位冷靜果敢的資深刑警，對分身案始終緊追不放；倉敷則是他的部下，性格溫和卻隱約透露出黑暗面。秋穗心中燃起復仇之火，打算在涼介的點滴中注入毒藥，但在面對涼介含淚的無辜辯白與所示證據後內心動搖。最終，她選擇相信涼介，甚至協助他逃離醫院，與他一同追查真相。

追查過程中，涼介的過去逐漸揭露：幼時因弟弟之死被繼父懷疑，母親也因此自殺。分屍案的受害者中，第一名受害者是涼介的前女友雪絢之母；第二名是村元咲子——後來得知她曾與倉敷有不倫關係；第三名是秋穗的未婚夫。第四名受害者是雪絢，其現場恰巧被涼介、美濃部與倉敷目擊。涼介逃脫時受重傷，因此才被送往醫院救治。種種線索使秋穗與涼介懷疑美濃部即是真兇，甚至以電擊器制伏並拷問他。然而，美濃部堅決否認，並自證清白。此時倉敷突然出現，開槍擊中美濃部，並自白自己解體了第四名被害者。最終，美濃部在負傷的情況下反擊，將倉敷擊斃，「真夜中的解體魔」分屍案終於落幕。

結尾，準備赴美留學的涼介與秋穗在機場道別，臨走前交給了她一個信封。分別後，秋穗想起倉敷並未承認自己是解體魔，只提到自己支解了雪絢。重新思考追查真兇的過程，秋穗終於發現了不尋常處。拆開涼介給她的信封，裡面赫然裝著自己未婚夫的訂婚戒指，證明涼介才是真正的「真夜中的解體魔」。他的心理扭曲，喜歡摧毀「特別之人」的羈絆，使其陷入絕望，藉此將對方操縱如人偶。眼見涼介即將踏入安檢門，秋穗拼命的衝刺卻遭航警撲倒在地。涼介回頭對著她微笑說道：「再見了，我心愛的人偶」後頭也不回的進入安檢門，只留下在大廳悲痛不已的秋穗。