Brain Works เป็นซีรีส์แนวสืบสวนที่เล่าถึงเรื่องราวของ ชินฮารู นักประสาทวิทยาอัจฉริยะจากสถาบันวิจัยสมอง “เบรนฮับ” ผู้ที่ทุ่มเททั้งชีวิตให้กับการศึกษาสมองและการไขปริศนาเกี่ยวกับจิตใจมนุษย์ แต่เขากลับหมกมุ่นในงานวิจัยจนถึงขั้นใช้วิธีการผิดจริยธรรม เช่น การปลอมแปลงเอกสารเพื่อเข้าถึงสมองของฆาตกรต่อเนื่อง
ความลับนี้ถูกเปิดเผยโดย กึมมยองเซ จ่าสิบตำรวจในทีมประสาทวิทยา ผู้ที่แม้จะดูไม่จริงจังในบางครั้ง แต่กลับเป็นตัวแปรสำคัญที่ทำให้ชีวิตของชินฮารูต้องเปลี่ยนไป เมื่อกึมมยองเซเผยเรื่องนี้ในขณะที่เขาอยู่ในอาการมึนเมา ชินฮารูจึงถูกเปิดโปงและต้องเผชิญกับความอับอายจากการถูกไล่ออกจากเบรนฮับ
แต่เรื่องราวไม่ได้จบเพียงเท่านั้น เพราะทั้งสองคนต้องมาร่วมมือกันในภารกิจสำคัญ เพื่อไขคดีที่เกี่ยวข้องกับสมองและจิตใจของอาชญากร แม้จะมีความขัดแย้งส่วนตัว แต่พวกเขาต้องพยายามทำงานร่วมกันเพื่อความยุติธรรม
