《读心探案》是一部刑侦社会剧，讲述新一代公安刑警，运用犯罪心理分析和网络时代新科技，刻画作案动机，侦破离奇疑难案件的故事，堪称一部当代犯罪心理侦破实录。三年前，平海市发生了一起凶杀案，在缉拿犯罪嫌疑人曹铭的过程中，刑警大队长丁伟为了保护人质而英勇牺牲。时隔三年，类似案件又再次上演，为此，平海市公安局决定抽调刑警支队业务骨干：刑警大队长许志新；犯罪心理专家刘晶；侦案能手、副大队长罗海；物理生化双料博士年轻女警林雪；骁勇善战的搏击高手女警虎妞；电脑网络高手王晓波，组成刑警支队大案大队，负责此类案件的侦缉任务。 刘晶与同事们在案件的侦破过程中各自发挥自身的特长，通过角色扮演，以及对涉案犯罪嫌疑人的刻画描述，分析推测出其作案动机。锁定案件侦破方向、嫌疑人目标……

陆青青（佟晶莹 饰）是一个心地单纯，行事有些大大咧咧的傻姑娘。刚刚毕业的她一脚踏入复杂的社会之中，在找工作的过程里屡屡碰壁，不由得有些灰心丧气。看到女儿失意的样子，陆青青的母亲李芳华感到有些心疼，于是托关系将她介绍到了好友刘若雅所经营的公司里上班，陆青青凭借着“裙带关系”，工作总算有了着落，但在公司里，陆青青始终因为自己的特殊身份和性格上的毛病而饱受嘲讽，抬不起头。在一次家庭聚会上，陆青青又闯祸了，因此遭到了刘若雅的抨击，这让李芳华感到很没有面子，她决定要彻彻底底的对陆青青进行一番“改造”，夺回被她丢掉的面子。

展颜（董洁 饰）是父亲临终托孤给季冬阳（车仁表 饰）的孤女，由于展颜父亲的死是给冬阳的一个恩情，冬阳对展颜无所不依。然而展颜一天天长大，这个小女孩的心思越发古怪，她向冬阳需索着爱，只信任冬阳。而冬阳虽然有着女友，内心却一直寂寞，他所有的宠溺都是给展颜的。但名分上他们是父女，难言的感情让二人的冲突越来越频繁地发生。而冬阳身边的爱慕者也对展颜有所顾忌，展颜认识了新的朋友，性格逐渐开朗，但心底总是有着一个结，那个结只有一个人能解开。天若有情，能助有情人终成眷属吗？

飞机上的一个乘客突然变得癫狂，又遭遇到飞机强气流，待一切平稳下来，这名乘客已经突发性脑水肿死亡。而这名乘客身份并不普通。他是某保姆单位的高级研究人员，因涉嫌向外间谍组织出卖国家情报而遭到了有关部门的监控。他的离奇死亡使得这场监控和追捕遭到了停滞。而这时，国安局逮住了死者的弟弟王浩。于是想出一计，让侦查员沈亢（孙红雷 饰）扮成王浩，进而引蛇出洞。而这场卧底追捕，与王浩的中间联系人就是飞机上的空姐李小晚（傅晶 饰）。二人在一来二往中，互生情愫。但无奈卧底的身份不得暴露，小晚则纠结王浩黑社会的身份。

1977年恢复高考之后，陇口镇知情徐天（吴秀波 饰）与女友吴晴（吴越 饰）的异地恋也有了转机。吴晴的母亲得知女儿怀孕之后，逼着女儿与徐天约法三章：徐天只有考上大学，挣到一千块钱，才能娶吴晴为妻。这令徐天倍感压力。高考当日，他与哥们费兵邂逅了美术考生梅果（董洁 饰），后者的书包被小偷掠走，徐天拼命去追，追到的包里有一千块钱。徐天一念之差，丢掉了梅果的准考证。与高考失之交臂，令梅果发疯不能自已，愧疚的徐天一直照顾她。几经周折，吴晴和同事陆秦生都考入医科大学。但徐天因与村支书闹僵而成绩作废，吴晴气得绝望。陆秦生几次带话，令徐天忍无可忍，他登门来访，却听吴晴说已经堕胎。悲愤之下，两人婚事告吹。徐天来到棉纺厂工作，令厂花何佳（海清 饰）为之心动，后者一直付出，而徐天却在吴晴与梅果的情感中纠结。某天，徐天偶然遇见了一位中年人（张嘉译 饰），后者赠他《心经》金句，...