本片改編自東野圭吾2006年獲直木獎作品，其著作也曾被改編為電視劇「神探伽利略」，創下超高收視率，電影找來「神探伽利略」原班人馬福山雅治與柴崎幸，以及導演西谷弘延伸買氣，天才物理學家湯川學將在電影中，碰到與其不相上下的天才數學家石神哲哉，二人將展開一場頭腦大戰。除了福山雅治與柴崎幸兩位人氣巨星，還找來13歲天才美少女金澤美穗飾演花岡美里，松雪泰子扮演失手殺死丈夫的母親，在石神的幫助與湯川展開心理攻防戰。刑警內海薰（柴崎幸飾）接獲一件謀\殺案，卻查不出死者身份，只好請帝都大學的天才物理學教授湯川學（福山雅治飾）幫忙，湯川在查案期間，發現死者的前妻花岡靖子（松雪泰子飾）有一位鄰居石神哲哉（堤真一飾）。大學時代被譽為百年難得一見的數學天才石神（堤真一飾），長大後只是一個不起眼的高中數學老師，他天天唯一的樂趣就是去固定的便當店買午餐，只為了看一眼在便當店工作的鄰居靖子的身影。靖子帶著女兒花岡美里（金澤美穗飾）逃離粗暴的前夫，母女兩人相依為命，某天靖子的前夫找上門來，兩人爭執不下之際，靖子失手殺了對方。此時，石神出現在茫然失措的母女面前，自告奮勇表示願意幫她們收拾善後。