“天才高校生侦探”新道寺浩平已然潦倒，终日与酒精为伴。他受出版社编辑小林的委托潜入名为“科学之绊”的新兴宗教团体，调查“圣女”聖天祢，据传她拥有一种名为“万象观”的千里眼能力。该团体的前身是聖天祢父亲创办的“科学之光”教团，他在 15 年前被信徒杀害分尸，头部至今未找到，行凶的信徒则集体服毒自尽，聖天祢的母亲也因媒体压力而自杀。
第１章 〈夏への扉〉トンネル効果事件
新道寺浩平在科学之绊”总部“九天堂”的入信说明会上，当众揭穿了聖天祢的“万象观”并非超能力，而是基于冷读法的心理学技巧。安保人员将他制服，他在医务室醒来，聖天祢不仅没有揭发他，反而提出让他成为双重间谍，向媒体传递她指定的信息，作为酬劳，她会帮他偿还五百万日元的债务。新道寺被迫接受了“逻辑顾问”的职位，开始了禁烟禁酒的新生活。
一名叫池森海香的信徒前来求助，其父池森茂是池森制作所的社长，死于公司三楼的社长室内，死因是氰化物中毒，死亡时间推测为晚上 9-10 点。第一发现人是外卖员柘植尚人，他接到一份指示异常详细的订单，要求亲手将外卖送到三楼的“社长室”。他在昏暗的走廊里根据门牌找到了房间，发现门被一个螺栓门闩从内部反锁，只能打开一道缝隙，从中看到了倒在桌上的人影。柘植惊动了在隔壁房间加班的秘书大木，大木用砂轮机切断了螺栓，进入室内，发现池森已死亡。由于信号不佳，柘植到楼外打了两分钟的电话，之后回来协助大木检查尸体。现场找到了一封死者亲笔所写的遗书。由于密室无法从外部无法实现，警方判定为自杀。天祢一行前往现场调查，发现社长室的墙上有一幅模仿 📖 Robert A. Heinlein, The Door into Summer (1956) 的逼真假门。新道寺从聖天祢的表哥柊木充处得知，15 年前的集体自杀事件也是一间从内部锁住的密室。天祢委托黑客山田乙彦将池森制作所的建筑图纸进行 3D 建模和物理演算。警视鹭沢和正提供的警方调查报告中提到，死者右手紧握成拳，但手中没有任何东西。
第２章 氷結魔法事件
天祢召集新道寺、充、随从小笠原樹，一同前往北青山的一座高级公寓，参加为年度捐赠额排名前七位的核心信徒举办的“七星会”。今年的主办者是位列第一位“天枢”的冷冻食品巨头“フクハラフーズ”的 CEO 福原憲介。福原为展示公司技术，制作了一座与天祢等身大小的冰雕，存放在厨房大型立式冷冻柜中。晚宴后，天祢于晚 10 点先行回房休息，其余的“七星”成员就冰雕一事与福原发生争执，指责他向天祢赠送私人物品，违反了“七星誓言”。名列第七位“揺光”的 IT 社长若林司私下告诉新道寺，他已查出新道寺 14 年前因一起高中校园无差别杀伤事件而放弃了侦探生涯，以此胁迫他离开天祢。次日清晨 6 点，客厅的水晶吊灯坠落摔碎，惊醒了所有人。主办人福原不见踪影，新道寺在厨房的大型冷冻柜中发现了他的冻僵尸体。他双手交叠在胸前，表情极度痛苦。警方负责人鹭沢和正赶到现场，初步判断死因是勒杀，尸体被完全冻结至少需要 6 个小时，据此推断死亡时间在午夜前后。除了很早就回房休息的新道寺，其他嫌疑人在午夜时段都有不在场证明。鹭沢准备将新道寺作为嫌疑人带走，天祢却声称凶手使用了“结冰魔法”瞬间冻结尸体，使得午夜的不在场证明失去意义，还谎称新道寺直到凌晨 2 点都和她呆在房里，为他争取到了调查时间。
第３章 量子テレポーテーションの殺人
聖天祢收到一份来自前信徒浜松的邀请函。浜松自立门户成立了“ウラノス創研”，声称成功研发出“宏观量子隐形传递”技术，邀请天祢出席发布会。天祢认为这纯属伪科学骗局，偕同新道寺浩平前往。新道寺在会场偶遇了记者小林，得知近期的两起凶杀案犯人、天祢的母亲、15 年前集体自杀的五名信徒均死于同一批氰化物。浜松在发布会上表演将自己从舞台左侧的传送装置传送到右侧装置，然而当他出现在右侧装置中时，已然胸口插刀，倒地不起，片刻后烟雾喷出，尸体又瞬间传送回了左侧装置。警方将舞台上的四名戴着白色假面的助手列为嫌疑人，分别为一ノ瀬、二宮、三田、四条。天祢迅速揭示，传送装置的玻璃其实是高性能的透明 OLED 显示屏，所谓的“传送”只是影像诡计。四名助手均作证看到戴着假面的浜松按计划从左侧装置后门离开，通过后台走廊走向右侧装置，监控录像也证实了这一点，案件的主要谜团转化为“尸体如何从右侧移动回左侧”。天祢发现留在右侧装置内的假面内侧没有沾染任何化妆品痕迹，而浜松本人化了舞台妆，她由此推断凶手在浜松进入左侧装置后立刻将其杀害，然后戴上假面冒充浜松，按原计划路线走到右侧装置处，以制造不在场证明。但凶手如何从右侧装置不为人知地回到自己的位置，成了新的难题。
连续三起案件的凶手都以同样方式自杀，媒体趁机大肆渲染，将“科学之绊”污蔑为“杀人教团”。为拯救教团，天祢向新道寺坦白了一切悲剧的根源——15 年前的“集団自決事件”的真相。
天祢本名門倉綸，三岁时曾遭遇绑架事件，为新道寺所救，自此便一直将他视为偶像。她将潦倒的新道寺带在身边，正是为了报答当年的救命之恩。天祢自觉罪孽深重，解雇了新道寺，决定在三天后召开记者会公布所有真相，牺牲自己以保全教团。
最終章 聖女の原罪、探偵の論理
小笠原樹里拜访新道寺，恳求他拯救天祢。新道寺从樹里处获得了一份她凭记忆画下的 15 年前案发瞬间的现场素描。天祢记忆中父亲門倉泰宏倒在仓库深处，而素描却显示他倒在靠近门口的位置，这与“天祢从正面将其推倒”的说法不符。新道寺迅速展开调查，证实了之前三起案件中被天祢指认的凶手均因客观条件限制而无法完成天祢推理出的“完美诡计”。新道寺出现在记者会上，当着所有媒体的面，彻底推翻了天祢的自白，揭露了 15 年前的真相。
本作包含三起看似独立的不可能犯罪：密室杀人、不在场证明诡计、瞬间移动杀人，最终全部指向了 15 年前的一桩陈年旧案。“圣女侦探”天祢对每个案件都给出了解答，但真正的侦探新道寺却在最终章将这些解答全盘推翻，揭露了隐藏在幕后的黑手。作者套用了大量的（伪）科学知识（3D 建模、量子传递、OLED 技术）作为诡计外壳，尤其第二起案件的伪解答可行性存疑。