Chín Mảnh Ghép Bí Ẩn xoay quanh vụ án giết người hàng loạt tái diễn sau 10 năm. Yoon Yi Na, nhân chứng duy nhất của vụ án cũ, giờ là trung úy cảnh sát với khả năng phân tích tội phạm xuất sắc. Cô có thể nắm bắt nhanh động cơ phạm tội của hung thủ tại hiện trường một cách dễ dàng.
Yi Na sẽ cùng cảnh sát điều tra Kim Han Saem, người luôn nghi ngờ cô là hung thủ của vụ án 10 năm trước, lật lại vụ án cũ và truy tìm kẻ giết người. Han Saem là cảnh sát ưu tú nhưng có những hành động quái dị khiến người ta hiểu lầm.
Khi số lượng nạn nhân tăng và “mảnh ghép bí ẩn” xuất hiện, Yi Na và Han Saem buộc phải hợp tác để tìm ra hung thủ thật sự và ngăn chặn những vụ giết người tiếp theo. Bộ não thiên tài của Yi Na và kinh nghiệm của Han Saem sẽ giúp họ giải mã những mảnh ghép bí ẩn để bắt kẻ thủ ác.