《神探伽利略第二季》延续东野圭吾原作风格，以科学推理破解看似不可思议的犯罪。内海薰被派往美国研修后，贝冢北署调入新人岸谷美砂。她毕业于帝都大学法学系，容貌出众、头脑清晰，却带着强烈的自我主张，与汤川学的理性孤僻形成鲜明碰撞。

在草薙的推荐下，美砂成为汤川的新搭档。她习惯从法律与动机切入案件，汤川则坚持以实验和物理法则验证每一个假设。从燃烧现象到声波共振，从光学错觉到力学诡计，两人不断面对伪装成灵异事件的命案。

剧集保持单元剧结构，每集邀请知名演员客串，案件节奏紧凑，推理过程清晰。汤川与美砂从互不适应到逐渐信任，在科学与人性的交界处寻找真相，也让观众看到理性之外的情感温度。