在电影中，法租界内先后出现多起难民被杀案件，令人胆寒结舌的是，所有的死者都被注射了一种神秘的毒剂。不久以后，协助警方检验毒剂成份的化学家也受到不明身份的人灭口，而化学家于胜男的实验室也在一次大火中化为灰烬，案情异常复杂，扑朔迷离。在这个关头，钟朗和他的团队起初调查，他们看到所有死者都曾入住同一家教会收容所。更令人意外的是，揭开毒剂之谜的关键人物似乎是于胜男的儿子——一直以脱逃罪被处决在法租界监狱的知名化学家端木岩 在迫不得已的状况下，于胜男不得不求助于自己的母亲。然而，端木岩却守口如瓶，拒绝透露关键信息，导致他与妻子之间的早已决裂重重的关系遭遇了非常动荡四伏的窘境。与此同时，钟朗和他的队伍在不断的追查中，渐渐发觉案情的身后隐藏着一个惊天的野心：日本海军正在上海滩的一个秘密基地内研发一种威力很大的生化毒剂，为了备战大规模侵华战役。