Cặp Đôi Trinh Thám xoay quanh câu chuyện của Chan Tan, một thám tử tư ở Thái Lan, người đang tìm kiếm sự thật đằng sau vụ sát hại cha mẹ mình 30 năm trước. Anh ta tới Malaysia để lần theo manh mối trong một bức ảnh, với hy vọng tìm được người đàn ông tên Chai, người có thể giúp anh ta giải đáp những bí ẩn.
Chan gặp Zi-wei, con gái nuôi của Chai, và được cô giúp đỡ tìm kiếm Chai. Tuy nhiên, khi cuối cùng anh ta tìm thấy Chai, người này lại cho biết rằng người đàn ông trong ảnh đã chết cách đây khá lâu. Trong lúc này, Chan nhận được tin nhà mình bị đột nhập và phải vội vã trở về Thái Lan.
Khi trở về nhà, Chan phát hiện một ngăn bí mật dưới gầm giường đã bị lục soát. Anh ta nghi ngờ rằng thứ từng được cất giấu ở đó có thể liên quan đến cái chết của cha mẹ mình. Không thể làm gì khác, Chan quyết định tìm kiếm sự giúp đỡ từ một thám tử tư Malaysia, Zheng Fong-hei, người sinh ra ở Trung Quốc. Hai người sẽ cùng nhau điều tra và tìm kiếm sự thật.