한적한 뒤뜰에 위치한 방안은 온통 피로 흥건하고 그 방의 주인인 ‘민수현’은 감쪽같이 사라졌다. 그의 아버지는 아들을 찾기 위해 고액의 현상금을 내걸고, 출세에 급급한 종로서 순사부장인 영달(오달수)은 민수현을 찾는데 혈안이 된다. 한편 그 시각, 의학도 광수(류덕환)는 해부실습을 위해 우연히 주워온 시체가 알고 보니 민수현이었던 것을 알게 된다. 살인 누명을 쓸 위기에 처한 그는 사설 탐정 진호(황정민)를 찾아가 사건을 의뢰하고 거액의 현상금에 혹한 진호는 뛰어난 의학지식을 가진 광수를 조수 삼아 사건을 맡기로 한다.

 살해된 민수현의 방에서 발견된 것은 백색가루, 그리고 기묘한 형상의 ‘카라쿠리’ 인형. 진호와 광수는 신분을 감춘 채 여류발명가로 활동하고 있는 순덕(엄지원)을 찾아가 수사에 필요한 만시경과 은청기(‘은밀히 듣는 기계’)를 받아 본격적인 수사를 시작한다. 그리고 정체불명의 백색가루가 ‘모루히네’라는 것을 알고는 이것이 비밀리에 유통되고 있는 주사옥에 잠입하여 민수현의 죽기 직전 마지막 행적지가 바로 곡예단이라는 사실을 파악하게 된다.

 그러던 중 두 번째 살인사건이 발생한다. 피해자는 다름아닌 최고의 권력을 자랑하는 경무국장. 더군다나 민수현이 유기된 장소와 같은 곳에 버려진 것. 연속된 살인으로 수사에 심한 압력을 받은 영달은 가짜 범인을 만들어 수사를 종결시키려 하고, 동일범에 의한 연쇄 살인임을 깨달은 진호와 광수는 경무국장의 시신에서 새로운 단서인 피 묻은 천조각을 발견하게 되는데...

 남겨진 단서들을 가지고 곡예단으로 향한 진호와 광수. 불길한 기운이 느껴지는 그곳에서 이제 더 이상의 살인을 막기 위해 사건의 비밀을 풀어야만 하는데… 전대미문의 살인 사건과 곡예단, 모루히네와 카라쿠리 인형, 피 묻은 천 조각과 두 구의 시체! 도대체 이들의 관계는 무엇이며 범인은 누구인가! 진실에 접근해갈수록 그 누구도 상상치 못했던 엄청난 비밀과 음모가 기다리고 있는데…