서울의 대형 할인 매장 엘리베이터 안에서 토막난 시체가 비닐에 싸인 채 발견된다. 뒤이어 일어난 두 건의 살인 사건에서도 시체들은 각각 몸의 한 부분이 잘려나간 상태로 발견된다. 조형사(한석규)는 사건 규명을 위해 구성된 수사팀 반장을 맡게 되지만 사건의 실마리는 전혀 풀리지 않는다. 그러던 중 3번째의 희생자가 혈우병 환자인 것을 근거로 하여 3명의 신원이 밝혀지고, 그들과 관계 있는 한 여자가 떠오른다. 그녀의 이름은 채수연.
채수연(심은하)은 프랑스 유학을 다녀온 미모의 여성으로 현재는 박물관의 유물 복원실에서 일하고 있다. 희생자들은 그녀의 과거 혹은 현재의 연인들이었던 것이다. 그녀를 흠모하고 있는 박물관 동료가 수사선상에 오르지만, 그 역시 희생된 채 발견된다. 이제 조형사는 사건을 밝히기 위해 그녀의 기억들을 끌어내기 시작하는데...