3 月上旬的一个清晨，高中数学教师石神走出公寓，沿隅田川旁的河堤步道前往学校。他细致地观察着堤坝上的流浪汉，目光停留在一个穿着夹克的男人身上。石神 10 天前便留意到他，在心里将其称为“技师”。石神刻意绕远路前往“弁天亭”便当屋，只为见一眼暗恋的女店员——住在隔壁的花岡靖子。
靖子的前夫富樫慎二因挪用公款被开除。下午，富樫无闯入店中纠缠，为免连累店铺和女儿美里，靖子被迫答应傍晚 6:30 在家庭餐厅见面。当晚，富樫提出复合，靖子严词拒绝，先行回家。晚上 7 点多，靖子正准备晚饭，富樫按响门铃，强行闯入公寓。他大模大样地坐在六叠和室的暖炉桌旁，自行开机抽烟，索要钱财。刚结束羽毛球社团活动的美里回家，见状躲进内室。靖子拿出 2 万日元试图打发，富樫却拉开拉门惊吓美里，走向玄关出言调戏。就在他弯腰穿鞋准备离开时，愤怒的美里用铜制花瓶砸中其后脑。富樫起身反扑，靖子为保护女儿，拔下暖炉桌电线，死死勒住他的脖子，母女合力将其勒死。尸体面色青黑，颈部留下深深的赤黑色勒痕，右手手腕和手背上留下了美里按住他时留下的指印。隔壁的石神突然按铃询问，靖子应付过后，绝望地准备报警自首。她谎称打蟑螂搪塞，但石神随后打来电话，直言女性无法独自处理尸体。他通过烟味、未插电的暖炉、靖子凌乱的头发洞察了命案。石神换上柔道部运动服再次登门，指出单凭一人无法在勒颈的同时按住死者双手，死者手腕上的指印足以让警方一眼看穿是协同作案，打破了靖子独自顶罪的幻想。为了保护母女，石神将尸体扛回自己房间，搜查死者口袋，用自己的 2 万日元换下靖子的钱。他又在口袋里搜出富樫的驾照、一把刻着“305”的钥匙、一张亀戸“扇屋”旅馆的收据，显示预付两晚 5,600 日元。石神检查死者口腔，确认有五年前补过的金冠牙齿。他决定彻底毁掉尸体的面部和指纹，承诺会用逻辑为母女伪造完美的不在场证明。
3 月 11 日，草薙在帝都大学物理学科第十三研究室与副教授湯川学下棋时，接到旧江户川堤防发现男尸的报案。尸体全裸，死于颈部勒窒息，面部砸烂，指纹彻底烧毁。抛尸现场附近有一辆自行车，前后轮胎均被锐器刺破，百米外的铁桶内发现了烧毁的男式夹克残片。警方通过防盗登记查明，该车于 3 月 10 日上午 11 点至晚上 10 点在篠崎车站被盗。警方在大范围摸排中发现，亀戸“扇屋”有一名男客富樫慎二自 11 日起逾期未退房。经法医比对，客房毛发与堤防尸体完全一致，客房指纹也与自行车上的吻合。警方据此确认死者即为富樫慎二。第二天晚上，草薙查访花岡靖子。靖子声称 3 月 10 日晚 6:30 带女儿前往锦糸町，看了一场 7:00-9:10 的好莱坞电影，然后吃了拉面，去唱了卡拉 OK。结束询问后，草薙在楼梯上遇到石神，登门家访，准备离开时，石神低头致意，顺手伸向门内信箱拿邮件，草薙瞥见邮件上有“帝都大学”字样，石神解释是学部的 OB 会会报。
为防监听，石神特意步行至远离公寓的公用电话亭，拨打靖子手机，得知靖子尚未出示电影票半券。石神嘱咐她务必将半券夹在电影场刊里，以此营造出普通人“随意放置”的自然感。草薙向間宮班长汇报，卡拉 OK 店员的证词吻合，但电影院和拉面店的证词难以核实。間宮透露富樫曾在案发前去锦糸町的夜总会打探靖子下落，命令草薙核实电影院的不在场证明，若无结果便直接传唤靖子。
数日后，草薙拜访湯川学商讨案情，提到嫌疑人将电影票半券“偶然”夹在场刊里时，湯川敏锐地指出，普通人断不会刻意留存半券，将其夹在场刊里看似自然，实则暴露了嫌疑人连警察上门时的应对细节都已算计在内。湯川得知嫌疑人的邻居竟是理学部同届的天才数学家“达摩石神”，深感震惊。当天傍晚，石神在公用电话亭得知警方已在排查电影院行踪，安抚靖子一切尽在掌握。他回到公寓，惊讶地发现老同学湯川学带着高级日本酒造访。湯川拿出一份试图反证“黎曼猜想”的未发表论文作为挑战，石神奋战 6 小时，于次日清晨找出了论文中关于素数分布的根本性错误。湯川赞叹不已，两人结伴去学校，湯川随口提到邻居出门很早，石神为掩饰对靖子的关注，装作不经意地透露自己常去隔壁邻居打工的便当店买午餐。途经河堤时，湯川感慨流浪汉脱离钟表束缚后，反而过着精确规律的生活，石神深以为然。走到便当屋前，湯川主动告辞。当天晚上，靖子与曾是便当店常客的工藤在新大桥通的一家小咖啡馆喝茶，工藤邀她下次共进晚餐。靖子担心石神得知后不再相助，便隐瞒了此事。回到公寓，她接到了石神的例行电话。石神询问今日是否有异，靖子回答如常，隐瞒了与工藤见面的经过。石神似乎察觉到了什么，却未多言。
数日后，草薙与湯川在大学附近的居酒屋边吃边聊，草薙对靖子的不在场证明心存疑虑。湯川指出，凶手特意脱去死者衣物，试图焚毁，却留下残片，此举颇为矛盾。若仅为隐藏身份，大可将衣物带走，凶手此举或许另有深意。石神在高中发还期末试卷，安排补考。下课后，他回到办公室看到留言，回电话给湯川，两人约在校门外碰面。湯川提出要去“弁天亭”买便当，石神虽感不安，也只能同行。在店里，湯川点完餐，工藤恰好走进店里，与靖子熟络地打招呼。石神目睹这一幕，内心涌起强烈的嫉妒与焦躁。离开便当店后，湯川向石神透露警方仍在怀疑靖子，委托他试探石神是否愿充当眼线，监视靖子。石神断然拒绝。两人分别后，石神独自走在回家的路上，对湯川的敏锐与工藤的出现感到忧虑。当晚，靖子应邀与工藤在汐留的一家意大利餐厅共进晚餐。席间，工藤坦言妻子已于去年病逝，暗示希望与靖子进一步发展。饭后，工藤乘出租车将靖子送回公寓。靖子到家后，女儿美里告诉她，石神刚才一直在暗处守候。靖子回想起之前与工藤喝茶后，也隐约感到石神在暗中注视。刑警岸谷突然来访，不仅借走了电影票半券，还特意询问了家里的暖炉桌。石神从公用电话亭打来例行电话。靖子如实告知警方曾询问暖炉桌一事，石神安抚她一切尽在掌握，凶器也已妥善处理。石神追问是否还有其他隐情，察觉到靖子隐瞒了工藤的事。岸谷向草薙转达了鉴识科关于棉线编织电线的推测，草薙则透露昨晚警方曾暗中尾随靖子与工藤，但他直觉工藤并非共犯。
次日下午，草薙盘问工藤，对方声称案发当晚拜访客户，被请去吃烤鸡肉串。草薙前往帝都大学寻找湯川，湯川竟在打听前往命案现场附近篠崎站的路线。晚上 8 点，草薙在校门外拦住石神，试探性地询问湯川的动向。石神谎称湯川受草薙之托，前来监视靖子，草薙尴尬承认，主动向石神展示照片，告知了工藤的身份。草薙走后，石神深感不安。
又一日下午，草薙在篠崎车站找到湯川。湯川揭示，现场停放着大量未上锁的旧车，凶手却特意剪断防盗链，去偷一辆上了锁的新车，目的正是为了确保失主报警，从而误导警方。草薙在返程途中，突然想起传闻常有客人为了看靖子，天天光顾便当屋，决定下车调查。同日傍晚，石神租车暗中尾随工藤，来到品川一家酒店的地下车库，偷拍了工藤的背影，准备寄给靖子一封匿名恐吓信。当他驶出车库时，惊愕地看到靖子径直走进了那家酒店。
某日下午，花岡靖子在酒店与工藤碰面后，接到了便当店老板娘的电话，得知警方已查出那位每天特意来买便当的常客正是石神，靖子顿时陷入恐慌。晚上 8 点左右，视点切换至石神。石神在公用电话亭得知警方已将矛头对准自己，迅速指示美里在面对盘问时抛出另一位同学，以扩大证人范围，借此诱导警方查证，进一步巩固她们去看电影的不在场证明。草薙向湯川抛出最新推理，认为石神是运走尸体的共犯。湯川严厉驳斥，指出以石神的天才头脑，绝不可能在烧毁面部和指纹后，却留下自行车指纹、未烧尽的衣物残片等低级错误。美里的同学证实案发日白天就听说了看电影的事，草薙听后断定这是一起预谋杀人，但湯川断言不可能。晚上，草薙在夜总会打探到，3 月 11 日凌晨 1 点左右，靖子曾用公寓座机与前同事通话半小时。草薙认为，无辜者往往急于提供所有不在场证明，靖子背后定有高人指点。原来，石神曾叮嘱她面对盘问时只回答被问到的问题，绝不多说半句，以免言多必失。同日傍晚，湯川来到便当店，等靖子下班时询问，她刚搬来时与石神是否有过特殊接触。靖子毛骨悚然，慌乱中敷衍了过去。
春假期间的某日白天，草薙在学校会客室盘问石神，直指其出勤表上 10 日、11 日上午连续两天异常请假，石神以 10 日熬夜、11 日发烧为由搪塞过去。当天稍晚，草薙将出勤表展示给湯川，怀疑石神利用请假时间处理尸体。湯川反驳，处理凶器等后续工作根本无需十几个小时，以石神的性格，即便熬夜也会硬撑着上班，绝不会因此请假。
某日早晨，湯川在河堤步道拦下石神，抛出两个核心破绽：其一，实验证明衣物 5 分钟即可在铁桶内烧毁，凶手故意留下残片，绝非匆忙；其二，凶手刻意在自行车上留下指纹，关联死者，还偷走了上锁的新车，诱导失主报警，让警方查出自行车在篠崎站被盗。石神内心大震，以“P≠NP 问题”反问，转身离去。当天傍晚，靖子在中华料理店与工藤、美里吃饭，得知工藤收到了附带偷拍照片的恐吓信。回到公寓，石神打来最后一次电话，告知信箱里有三封指示信，郑重警告母女俩必须保持“旁观者”立场。当晚，草薙接到間宮班长的紧急电话，得知石神刚刚主动前往江户川警署自首，声称亲手杀害了富樫慎二。
审讯室内，石神招供：案发日傍晚诱骗富樫至堤防，用暖炉桌电线将其勒死，之后毁容。他进一步供述，自己在两家墙壁安装集音器监听，因靖子与工藤约会而由爱生恨，强烈要求将靖子作为共犯逮捕。草薙走访靖子，靖子交出了那封充满病态占有欲的电脑打印恐吓信。警方在石神房间的暗格里搜出集音器，在纸箱内找到表面编织着棉线的暖炉桌电线，又在电脑桌面上发现了尚未发出的恐吓信草稿，这些证据完美契合了变态跟踪狂。
草薙告诉湯川，警方已采信了石神那份无懈可击的自白。湯川听后神情痛苦，以“P≠NP”作比，指出警方不过是在验证石神给出的假答案。草薙从图书馆获悉，湯川曾查阅 3 月 10 日之后千葉与埼玉等地的“地方报纸”。草薙尾随湯川至新大桥附近的河堤，湯川揭示，他曾在办公楼入口的玻璃门倒影中，惊讶地发现一向不修边幅的石神竟在打理稀疏的头发，由此断定石神坠入情网。湯川观察到石神目睹工藤与靖子交谈时流露出嫉妒，确信石神爱的人正是靖子。
“倒叙推理”巅峰之作，颠覆了传统的探案叙事。小说开篇即向读者展示了命案过程，却巧妙利用视角盲区，将核心诡计隐匿于表象之下。本作焦点在于数学天才对警方刑侦程序的降维打击。主人公石神精确算计了警方的思维定势，主动抛出诱饵完成逻辑闭环，湯川学“看似几何问题，实为函数问题”的隐喻堪称神来之笔，将深沉绝望的献身精神与冰冷精确的逻辑运算完美交织，确立了其在当代推理小说史上的不朽地位。