Le commissaire Jean-Baptiste Adamsberg enquête sur le meurtre d'une magnifique jeune femme, dont le corps, apparemment immaculé, a été retrouvé dans une rue de Paris avec une étrange mise en scène : le tueur l'a vêtu à son goût (notamment d'un tailleur pied-de-poule), maquillé et a placé un bouquet d'ancolies et plusieurs accessoires à ses côtés. Les recherches du policier le mènent à faire le lien avec un meurtre similaire, non résolu et ancien de plusieurs années. Adamsberg sollicite l'ancien collègue de sa connaissance qui a enquêté sur ce premier meurtre et l'intègre à sa brigade le temps des investigations. Dans leur quête pour arrêter le tueur en série avant qu'il ne récidive, le commissaire et ses collègues doivent se plonger tour à tour dans un poème de Gérard de Nerval puis dans les traces du couple mythique formé par les Américains Lauren Bacall et Humphrey Bogart.