В августе 2017 года шведская журналистка Ким Валль бесследно исчезла в Копенгагене. Последним человеком, с которым она встречалась для интервью, стал известный датский изобретатель Питер Мадсен. Он пригласил женщину на свою самодельную подводную лодку «Наутилус», и больше Ким никто не видел. За дело берется глава отдела убийств копенгагенской полиции Йенс Меллер. Он подключает к расследованию офицеров, дайверов, служебных собак, ученых и волонтеров, но, несмотря на все их усилия, в деле остается слишком много темных пятен.
Сюжет сериала «Расследование» основан на реальных событиях.