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在一座阴雨连绵的小镇，退休警官陈默收到一封匿名信，信中暗示三年前一桩悬而未决的死亡案件另有隐情。受害者是当地富豪周正阳，官方结论为自杀，但信中附带的照片显示：死者手腕切口方向与自刎手法完全相反。陈默决定重启调查，却不知自己正踏入一个精心编织的陷阱。
随着走访深入，陈默发现周正阳死前曾与五人有密切接触：妻子林美玲因家暴多次报警；合伙人赵志明涉嫌挪用公款；私人医生王建国掌握其抑郁症病史；园丁老李目睹过死者与神秘人争吵；养子周小天在遗产继承中获益最大。每个嫌疑人都有完美的不在场证明。
关键转折出现在死者书房发现的药瓶上。法医重新检验后，检出药物中含有微量河豚毒素，这种需要专业知识的毒物将矛头指向从东京留学归来的私人医生。但当警方实施抓捕时，王建国的诊所早已人去楼空，只留下半张被烧毁的实验室记录。
暴雨夜的追击中，陈默在跨海大桥截住逃亡的医生，却听到令人震惊的坦白：毒素检测报告是伪造的。真凶利用医生每周三去实验室的习惯，在其电脑植入伪造数据。此时养子周小天打来电话，背景音里传来林美玲的尖叫——这个看似懦弱的青年，才是操控全局的幕后黑手。
最终审讯揭露，周小天实为周正阳早年抛弃的私生子。通过精心策划，他先让医生成为替罪羊，再诱导继母暴露谋杀动机，最后利用合伙人贪欲制造连环伪证。当陈默在结案报告上签字时，看守所里的周小天正用铅笔在墙上画着第三个完美犯罪的流程图。