刚升上高中一年级的浅草绿，是个强调“设定即生命”的动画迷。虽然在素描本上描绘了各种各样的创想，却因独自行动就无法下决心的个性，而迟迟未能开始制作动画。同时，身为人气读者模特儿，被父母期待成为演员的同级生水崎燕，其实志愿成为动画师。拥有制片人气质的金森沙耶加，很快注意到了两位同级生的才能。三人为了展现脑内的“最强世界”，共同创立了新社团“映像研究同好会”，简称映像研。为了让映像研顺利成立，故事由此展开……。

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故事发生在持续发生大规模杀人和猎奇杀人的社会中，其中调查组织“藏（也译作仓）”用着从罪犯的杀意（思想粒子）构筑的无意识世界（杀意世界）的系统（罔象女）与鸣瓢秋人在“井”（日语：イド）中的身份名侦探·酒井户，协助通过揭开井的奥秘来帮助追查追捕杀人魔的罪犯行踪，其中几个杀人魔的井中出现了同样面貌的以约翰·沃克为命名的人影。

里面的调查人员有能力进入杀手的潜意识，看到他们精神的碎片，而井是一种可以通过数字输入来收集有关杀手的受害者、犯罪现场甚至动机的线索的心理平面，当一个人通过“井”时，他们的视线和行动就像真实世界中的数字投影，供调查人员实时分析。

由于人的无意识思维很少被组织起来，井内的一切都呈现出破碎或象征性的状态，包括人和地点，只能由调查井内的人暂时拼凑在一起。此外，井只能由其他杀手进入。

虽然在井中受伤或死亡是可能的，但“名侦探”可以被移除并重新注入井中，尽管之前在井中的记忆将会消失。现场分析人员使用一种名为“稚产灵”的工具协助井调查人员，这是一种探测和收集细微的“思想粒子”的手持雷达枪，它是由一个人的杀人意图发出的。

扫描程序可以收集特定罪犯的杀人意图，并将这些信息添加到他们的井中。这有助于充实杀手的身份，以便进行更彻底的调查。此外，在井中遇到的受害者的记忆也可以为环境增加重要的信息。

在一切事情发生的两年前，鸣瓢秋人的女儿穆库被一名连环杀手残忍杀害，导致鸣瓢的妻子自杀。这些死亡促使他追捕并杀害了凶手，使他被判入狱。

后来他的任务是潜入各种连环杀手的井，期间他仍然为妻子和女儿的死亡感到沮丧和困扰，但他也以此为动力，认真对待自己的工作，帮助拯救其他连环杀手受害者。然而，鸣瓢分析杀手的心理弱点的能力也导致了多个连环杀手在监狱期间自杀，调查小组对此很警惕。然而，尽管如此，这表明大多数鸣瓢的同事都非常尊重他的工作。

另一边，在现实世界中追捕犯罪分子的新手现场外务分析官本堂町成为一个重要的人物，利用不顾自己的行动能力和洞察力，成功抓住了犯罪分子。但是，由于他在“挖墓”事件中表现出了自杀与杀人行为，因此被推荐转向了名侦探。井端从约翰·沃克监视杀人魔的痕迹中，寻找起藏成立以前的“单挑”事件的线索，让在事件中的杀死了杀人犯单挑，并产生了让本堂町潜入的井。井中还有个井，里面有一个叫飞鸟井木记的，亦是百贵救出并调查下落的杀人犯单挑的最后的受害者。