《誰是兇手》老師夏金蘭（高露飾演）拿著戒指，正在打電話，她拒絕了一個人的求婚，說自己帶著學生呢，結婚的事兒還要再想想。
夏金蘭——高露飾演
旁邊屋中的小男孩夏木，正在看動畫片。老師的話傳到他耳朵中，他很不高興。屋中的座機響了，夏金蘭接起電話，說：你又在附近給我打電話了。小男孩趴到窗戶上一看，果然有個黑衣服的男人在打電話。
夏金蘭讓夏木下來，說去買魚，給夏木做魚。夏木看著夏金蘭去買魚，跑回屋裡，拿走了抽屜裡的戒指，躲到了閣樓上。看來，這個小男孩把老師當媽媽。
小男孩夏木
夏金蘭買了魚，回到家裡，開門時被一個男人尾隨，男人給她注射了藥物，她瞬間失去了意識。
冷小兵（肖央飾演）本是一個管後勤的警察，可是，今天對他來說是特別的一天，他能出警了。他的師傅交給他一起連環殺人案的資料，讓他好好看看。
冷小兵——肖央飾演
冷小兵接到一通電話，讓他們去救人。冷小兵跟李嵐（耿樂飾演）趕到，正是夏金蘭被殺的現場。兇手讓死者保持著微笑，以割腕的方式將其殺害，並且拍了照片。
冷小兵闖入，兇手上來就是一刀，跟冷小兵搏命。冷小兵舉起槍，手抖了。兇手做好一切，離開的時候，碰到李嵐，兩人搏鬥，冷小兵出來時，李嵐犧牲了。
冷小兵很自責，而那個小男孩也質問他，他帶著槍，為什麼不殺死壞人。這樣，他的老師就不會死了。
冷小兵看著錢包中，李嵐送給他的神探狄仁傑照片，堅定了抓住兇手的決心。
但是，冷小兵的師傅還是因為過失，離開了重案組，他囑咐冷小兵，舟海連環殺人案，一定要咬住，不管過去多少年。
沈雨——趙麗穎飾演
警察瞭解到，打電話的人，手上有被燙傷的傷痕。一個小女孩剛從照相館拿了照片，走在路上，聽到警察向人打聽手被燙傷的人。小女孩要了一張單子。這個小女孩叫沈雨，17年後，她會成為一名心理醫生（趙麗穎飾演）。那麼她為什麼會留意這個，是不是他認識兇手，或者手上有傷疤的男人，即給冷小兵打電話的那個神秘人。
17年後，夏木長大（董子健飾演），從警校畢業，成績優異，成了一名實習警察。他的目的性也很強。他要找出殺害夏金蘭的兇手。
夏木——董子健飾演
據冷小兵回憶，兇手在被害人眼前放了一個鬧鐘，似乎是在享受被害人的生命一點點流失的過程。不僅如此，他還拍了照片，而且戴著鞋套、手套，包裹嚴實，似乎不會留下任何蛛絲馬跡。
注射藥物，讓死者呈現出迷之微笑，又是為啥？藥物，他是怎麼得到的？而且在被害人死後拍照，拍照用來幹嘛？難不成慢慢欣賞？這點，感覺很變態。殺手有幾分心理變態的意味。
撲朔迷離的連環殺人案，誰是兇手？
