瀬川里央（松下奈緒）は、小学4年生の立花江美里（笠菜月）が学校のプールに落ちて亡くなった事件の捜査をすることになる。現場では友達3人が江美里をプールに落とすパーカーを着た男を目撃しており、その男は警備員の韮崎和夫（でんでん）も襲って逃げていった。
生徒の気持ちを配慮した学校側の要請で捜査に当たることになって張り切る里央だが、南雲準（藤木直人）は子供が苦手とあまり乗り気ではない。2人は江美里を助けにかけつけた教師の秋元恭子（霧島れいか）や友達3人の元を訪ねて事件の状況を聞く。さらに南雲は犯人の逃走経路にも違和感を覚える。
一方、捜査課の捜査で小学校付近に2カ月前から不審な男の目撃情報があったことや、韮崎が元警察官であることが判明した。
韮崎にも確認した子供たちの証言を基に作られたモンタージュが配られ、捜査も進展しているように思えたが、南雲は逃走経路に抱いた謎を払拭できずにいた。里央はなぜその場にいた4人の中で一番体の大きい江美里が狙われたのかが気になっていた。
そんな中、小板橋正次（勝村政信）の元にモンタージュの男がみつかったとの連絡が入った。男は過去にも小学生女子へのストーカー行為を行った経歴があり、韮崎からも証言がとれ男が犯人と思われたが、南雲と杉浦幸造（泉谷しげる）は犯人ではないという。直後、男にはアリバイがあったことがわかり、捜査は振り出しに戻った。
里央は学校の裏サイトで江美里がひどく中傷されているのを発見。南雲の分析で、特にひどい書き込みをしているのが一緒に遊んでたとされる3人だと判断する。さらに寺西景（横山裕）から事情聴取した時の韮崎が差し出されたタバコをつかみそびれたことを聞いた里央は南雲と再び学校へ向かった。韮崎は視力に問題を抱え、それを隠すために男を見たと偽証したことを告白した。また、3人の女の子にも再び事情を聞くと、やがて江美里をプールに突き落としたことを認めた。恭子にひいきされていたように見えた江美里を懲らしめるためで、死ぬとは思わなかったと泣き出す3人。
その帰り道、里央はスイミングスクール帰りの子供たちのカバンに、江美里の写真でＴシャツの胸元に同じマークがあったことを思い出す。ある疑問が浮かびあがった里央は、翌日、恭子を訪ねた。里央は恭子にＤＮＡ鑑定の協力を依頼。水泳が得意だった江美里がすぐに溺れるはずがないことが前提として、助けるために人工呼吸をしたという恭子のＤＮＡが江美里に残っているかを鑑定すると告げると、恭子はがっくりと肩を落とした。
不倫をしていた恭子は、口論の末、相手を突き飛ばし階段から転落死させてしまった現場を江美里に目撃されていた。それ以来、2人だけの秘密だと江美里が自分にまとわりついてくるのを苦痛に感じていた恭子は、プールから出ようとしていた江美里の頭を押さえつけ殺していたのだった。里央から、そもそも江美里は恭子のみで事故自体は目撃していなかったことや、恭子に母親の姿を重ねて純粋に慕っていたことを知らされがく然とする恭子。あまりに切ない事件の結末に落ち込む里央を、南雲は不器用になぐさめ…。
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