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東京湾岸の埋め立て地帯で、3件の殺人事件が相次いで発生する。市川信也(田中良)が婚約者の柴田礼子(秋吉砂喜子)を殺し、医師の佐久間昇一(中村育二)が息子の勇介(佐藤貴広)を殺し、OLの矢部美由紀(奥貫薫)が社長の小野田誠二(野村宏伸)を殺す、いずれのケースにおいても、加害者が被害者の顔を水たまりに押しつけて海水で窒息死させる、という手口は共通していた。
刑事の吉岡登(役所広司)は、捜査を進めていくうち、自分の指紋やボタンなどが現場に残されていることに気づく。同僚の宮地徹(伊原剛志)からも疑いの目を向けられる中、自分が犯人なのではないかと考えはじめた吉岡は、精神科医の高木(オダギリジョー)の元を訪ねるが、はっきりしたことは分からない。そんな折、赤い服の女(葉月里緒奈)の幽霊が吉岡の前に現れるようになり、彼の混乱は深まるばかりとなる。
いま、吉岡が唯一落ち着ける時間は、恋人の仁村春江(小西真奈美)と一緒に過ごすときだけである。一旦は二人で遠くへ旅立とうとするが、吉岡は春江だけを行かせて、自分はここに留まることを決意する。