かつて科捜研（科学捜査研究所）のエースとして活躍していた土門誠（藤木直人）は、ある事件をきっかけに科捜研を辞め、今は自ら開設した『土門鑑定所』を営んでいる。そんな土門鑑定所で研究員として働く高倉柊子（白石麻衣）は学生時代に心理学を学んでおり、仕草や言動から人の嘘を見抜くことに長けていた。しかし高倉でも唯一、土門の心理は読むことが出来ずにいて…。 そんなある日、神奈川県の海岸で水没車が引き上げられた。神奈川県警捜査一課巡査部長･都丸勇人（中沢元紀）と、係長･三浦耕太郎（阿部亮平）が現場を訪れると、車中で白骨化した遺体と貴金属がびっしりと詰められた鞄を発見。残留物から、12年前に発生した強盗殺人事件に関連していると推察した。都丸たちの読み通り、発見された貴金属は12年前に強奪されたものと判明。しかしその後、一ヶ月経っても捜査は進展せず、科捜研の鑑定にも進捗がないことで捜査員たちには諦めムードが漂っていた。そこで三浦は、意気消沈する都丸に対して『土門鑑定所』へ遺体の身元確認を依頼するよう指示。しかし都丸は民間への鑑定依頼に難色を示す。三浦はそんな都丸に「土門誠に鑑定出来ない証拠なら、他の誰にも鑑定出来ない。ついたあだ名は“最後の鑑定人”だ」と告げるのだった。 気が進まない中、三浦の指示通り『土門鑑定所』を訪れた都丸。高倉に鑑定所の応接ルームに通されると、土門を待つ間ハーブ水でもてなされる。しかしそのハーブ水は驚くほどに不味く、どうやら高倉は都丸のリアクションを観察しているようだった。そこに土門が現れ、都丸は事件の概要や依頼内容の説明をはじめる。都丸に対してたびたび偏屈的な態度を見せる土門だったが、「検体を持ってきてください」となんだかんだ依頼を受けてくれるようで…。

鑑定人・土門誠（藤木直人）と研究員・高倉柊子（白石麻衣）は、科学捜査を駆使して12年前に発生した未解決強盗殺人とその関連事件を解決。ところが、それ以降は鑑定依頼が全然来ず、高倉は土門鑑定所の存続を心配していた。対してのんきにケーキを食べている土門は、高倉に「働かせたいなら、興味のある事件を持ってこい」と吐き捨てる始末…。 同じ頃、ある資産家が銃殺された事件が世間を賑わせていた。事件発生当初は歳の離れた妻による遺産目当ての犯行と疑われたが、本人は被害者から頼まれて殺したと“承諾殺人”を主張。センセーショナルな事件としてワイドショーでも多く取り上げられていた。 そんな中、事件の弁護を担当することになった相田直樹（迫田孝也）が土門鑑定所を訪れる。相田は“承諾殺人”を立証するため「被告人の“躊躇（ちゅうちょ）”を証明してほしい」と切り出し、土門に事件の概要を語り出す。殺害されたのは戸部庸三（中村シユン）。庸三は自宅の書斎で死亡しており、手には拳銃が握られていた。二発の銃声を聞いて書斎に駆けつけた庸三の妻・佐枝子（恒松祐里）が警察に通報。警察は自殺の線で捜査していたが、佐枝子の手と衣服から射撃残渣（ほぼ確実に銃を撃った証拠）が検出されたことで状況は一変したとのことだった。 相田は承諾殺人の証明のため佐枝子の“躊躇”を証明したい一方、“躊躇”の証明は科学捜査ではないと呆れる土門。だが、鑑定所存続のためと相田を援護する高倉に押され、しぶしぶ依頼を引き受けることに。土門は事件当日の現場カメラ映像と二発の弾丸の解析をはじめていくが…。